合成废锅外管更换焊接分析

1、云南云天化股份2021年技术论文 5合成废锅外管更换焊接总结程玺平云天化集团水富分公司机械厂，云南水富 657800摘 要：合成废热锅炉是我公司合成装置的重要设备，本文介绍了我公司合成废热锅炉101-CA/CB)的修复情况，主要是废锅外管的焊接和组对工作及控制焊接质量的经验总结。关键词：废锅；外管；管帽；管板；焊接 1 设备简介合成废热锅炉以下简称废锅主要有两台，第一废锅101-CAB和第二废锅102-C。第一废锅的换热管形式为刺刀管式，第一废锅主要由壳体和管束两大局部组成，壳体由水夹套、承压壳体、耐热层、衬板等组成。2 设备主要存在问题及外管更换原因由于我单位两台废锅运行多年, 检测站202

2、1年2月对2021年大修更换下来的两台废锅101CA/CB进行了全面的检测，发现了如下缺陷：1101CA管子管板角焊缝有大量的气孔。如图1所示：气孔图1 101CA管板角焊缝气孔 2101CB管箱筒体母材有一处裂纹，裂纹长度约60mm。如图2所示图2 101CB母材裂纹3 两台废锅各有局部外管内壁有深浅不一的凹坑。如图3所示。 图4 废锅外管管壁凹坑针对设备上述存在的问题，我车间组织铆工，管工，焊工对该设备进行维修，最后在处理其他问题的同时，由于废锅在合成氨生产中的重要性及检测手段的局限性；另外，外管存在的问题多，管子数量大，公司决定更换所有外管。外管的更换是本次工作的重中之重；外管更换焊接是

3、本次维修工作重点。我车间通过开技术讨论会议，进行各工种间协调和编写施工方案，组织技术骨干力量进行施工。作为从事焊工十几年的我有幸参加了本次维修的焊接工作，对这次焊接过程进行些许总结。3 废锅外管更换主要焊接工程3.1 管子、管帽组对焊接3.2 外管与管板角焊缝焊接4 相关技术要求及焊接工艺虽然废锅维修是多工种联合作业，维修工程较多、技术要求高、难度大。但是作为焊接这局部工作的具体施工人员，必须熟悉相关技术要求，材料焊接性能及焊接工艺，热处理工艺，做到心中有数，有的放矢。4.1 主要材质及规格如下表1表1 材质规格表名称外管大管板小管板官帽材质13CrMo4413CrMo4416MnR15CrM

4、oR规格13CrMo44166420310604250.83.54.2管孔修复及技术要求(1) 采用气割方式割开旧管束，采用落地镗床进行铰管，铰管深度视是否便于拔管而定，铰管时注意保护管板管孔。按要求加工坡口，如下列图5所示。图5：坡口示意图(2) 坡口加工时全部铰除老焊肉，坡口端面焊肉应用砂轮机打磨去除干净。(3) 拔管，如有不能拔出的管子，采用摇臂钻床继续铰管，待管子拔出后。检查坡口是否加工到位，打磨再次铰管时的毛刺和老焊肉，保证管板端面干净符合技术要求。(4) 委托检测站对管板和坡口着色探伤，探伤按照JBT4730-2005进行，级合格；再进行管板硬度测试。(5) 再次宏观检查管板端面，

5、打磨管孔及管板端面，露出金属光泽，不能有影响胀焊连接的缺陷存在。4.3外管管帽组焊4.3.1熟悉材质及焊接工艺4.3.1.1两台废锅外管总数412根，规格50.83.5，材质13CrMo44，长度5500mm。管帽数量412件，规格50.83.5，材质15CrMoR。管子管帽焊缝总共412道。4.3.1.2 焊接方法：钨极氩弧焊GTAW 4.3.1.3 焊接设备和工具材料准备：WS-500型焊机2台，氩气2瓶用完后更换，氩气表2个，气管焊丝牌号：H13CrMoA, 规格：2.5m保护气体：Ar，氩气配比100%,氩气流量：8-1L/min;电极种类：铈钨，直径：2.5mm；喷咀尺寸：10mm假

6、设干, 砂轮机等。 3.1.4 焊接参数如下表2表2 焊接参数表道层焊接方法焊接材料规格mm 电源极性焊接电流A焊接电压(V)焊接速度mmmin预热温度层间温度1GTAWH13CrMoA2.5DCEN8010142601015O150 2 GTAWH13CrMoA2.5DCEN801014260101501504.3.2 去除坡口内外50100mm油漆铁锈等异物，坡口组对形式如下列图5。图7 焊脚高度示意图 4.4.3 外管与管板焊接设备及工具如前所述4.4.4 焊接参数如下表3图6：管子管帽组对图4.3.3 施焊时反面通氩气保护，流量6-8L/min。4.3.4 焊前采用气焊预热，施焊采用爬

7、坡滚动位置，滚动位置由焊工根据自身情况而定。焊接参数严格按照焊接工艺执行，焊后进行保温缓冷。4.3.5所有外管与管帽焊缝均应按照热处理方案进行消除应力处理。4.3.6 热处理后所有外管按照TB4730-2005标准进行着色探伤，级合格。4.4 管子与管板焊接4.4.1 外管与管板的焊接，其连接形式为：胀焊连接。4.4.2管子伸长度及焊脚高度如下列图74.4.2管子伸长度及焊脚高度如下列图74.4.5 焊前对管子管板采用电加热带进行预热，预热温度150200，严格按热处理方案执行。4.4.6 严格按照焊接方案施焊，待所有角焊缝焊完后，按车间制定如处理方案作应力消除处理。具体焊接步骤如下：1为控制

8、焊接变形，焊接顺序从中心往四周进行，先焊两层，之后焊接每一遍只焊一层。2焊接时严格控制层间温度在150200。3 由于空间相对狭小，且温度较高，焊工轮流施焊，每人焊接时间5-10min。 表3管子管板焊接参数表道层焊接方法焊接材料规格mm 电源极性焊接电流A焊接电压(V)焊接速度mmmin预热温度层间温度1GTAWH13CrMoAF2.5DCEN11010142601015O150 234 GTAWH13CrMoAF2.5DCEN110101426010150150（4) 由于施焊空间温度高，焊工易于流汗，应注意触电危险，同时注意防暑。5)焊接完毕，热处理后24小时，按照JB4730-2005

9、进行着色100%探伤，级合格。5 焊后总结 经过这次废锅外管更换焊接工作在车间详细方案的指导下，在焊工努力下，所有焊缝均探伤合格，到达相关及要求。以下是本人焊后些许体会：5.1 本次焊接材质主要耐热钢，材质牌号：外管13CrMo44德国牌号，管板20MnMo规格：外管50.83.5 管板厚度203mm。化学成份：标准号DIN17175C：0.10-0.18% Si：0.10-0.35% Mn：0.40-0.70% P0.035% S0.035% Cr：0.70-1.10% Mo：0.45-0.65%。由以上根底数据可以看出，合金元素总含量在2.5%以下属于地和如今耐热钢焊接。5.2 低合金耐热

10、钢焊接特点考前须知5.2.1 淬硬性 对于成份给定的合金钢热影响区淬硬程度取决于从奥氏体的冷却速度，Cr提高了钢的淬硬性，特别是在较高的冷却速度下更严重。因此，焊接过程严格按照热处理工艺进行预热，控制层间温度，焊后热处理消除应力处理后采取保温尽量使其缓慢冷却。5.2.2 冷裂纹 铬钼钢极易产生淬硬的显微组织，加上焊缝区足够高的扩散氢浓度和一定的焊接剩余应力共同作用，焊接接头易产生氢致延迟裂纹。这种裂纹主要发生在热影响区和焊缝金属中。热影响区主要表现是外表裂纹，这可以利用着色探伤检测出来，一般在焊缝金属中表现为垂直于焊缝的横向裂纹，也可能发生在多层焊焊道下或焊根部位。这种裂纹不利于检测，要求焊工

11、除了自身经验外必须严格执行相关标准和焊接工艺。因为，大多数情况下，焊工并不注重焊接工艺。5.2.3 应力冷裂纹 这类裂纹要的产生与焊接接头在高温下所发生的应力松弛变形特性有关。对于这次焊接材质化学成分分析，含碳量C：0.10-0.18%大于0.1%，可以利用裂纹指数Ps粗略地表征钢的消除应力裂纹敏感性。Ps按下式计算：Ps=%Cr+%Cu+2%Mo+10%V+7(Nb)+5%Ti-2由上式计算Ps0，就有可能产生消除应力裂纹。 5.2.4 由于低合金耐热钢具有比拟明显的淬硬性和冷冽倾向，可以采取焊接时提高预热温度和提高焊接热输入量来防止，在这次车间制定的管板角焊缝焊接工艺规定焊接电流为1101

12、0A,但是，本次施焊过程中根据坡口深度等因素，实际焊接电流采用130A左右。同时也应注意过高的预热温度和焊接热输入量造成热影响区的过热区脆化。 5.2.5 热裂纹 对于低合金耐热钢，网注重冷裂纹的防止。在这次车间制定施工方案中规定的焊缝系数为1，实际上，当焊缝成形系数熔宽与熔深比小于1.2-1.3时，焊缝中心已形成热裂纹。5.2.6 一般来说，在条件许可情况下可适当提高预热层间温度来防止冷裂纹何在热裂纹的产生。5.3 施焊过程考前须知5.3.1焊丝与焊把配合 由于在管箱内操作，空相对狭小焊丝离熔深出距离较长，对于焊丝的稳定性要求较高，送丝速度保持根本很定。引弧后稍作摆动，注意运行中焊丝不能碰到钨极或钨极，以免损坏钨极或造成焊缝夹钨。5.3.2 收弧与接头 收弧时，焊把应由内侧坡口处稍向外拉至电弧熄灭，并要注意控制速度，不能过快，以免产生缩孔。 5.3.3在管板角焊缝焊接过程中，贴近管箱内壁位置受焊丝长度和焊接位置等影响，有时采用反向送丝情况，这时观察熔池不清晰，注意熔合是否良好，同时注意送丝过程引起的失控现象。6 结语以上是经过本次合成废锅外管更换焊接总结及施焊经验。在车间详细施工方案和焊接工艺的指导下