乙烯裂解爐爐管的焊接指導(dǎo)

1、乙烯裂解爐輻射段爐管的焊接前言中原石化總廠十萬(wàn)噸裂解爐,輻射段爐管所用材料為Cr35Ni45+微合金,輻射段出口材料為20Cr32NiNb. Cr35Ni45的合金系統(tǒng)較之以前的Cr25Ni35有了較大的開(kāi)展,增加了Cr、Ni元素含量,相應(yīng)提升了耐高溫性能.爐管采用離心澆鑄的方法生產(chǎn),其原始鑄態(tài)外表為均勻分布有顆粒狀凸起的“珍珠外表,這種外表不僅有利于熱交換,而且對(duì)抗氧化和抗燃?xì)飧g有利.管子的內(nèi)外表有很薄一層疏松組織,爐管的基體組織相當(dāng)致密,主要由沿半徑方向分布的柱狀晶組成,內(nèi)部沒(méi)有氣孔、夾雜及縮孔等鑄造缺陷.管件包括180o彎頭、90o吊耳彎頭、Y型管等為靜態(tài)澆鑄法生產(chǎn),合金成分不均勻,存

2、在較大成分偏析,焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋.1焊接性分析1.1 化學(xué)成分分析爐管材料Cr35Ni45的化學(xué)成分見(jiàn)表1.表 1Cr35Ni45的化學(xué)成分CSiMnP化S學(xué)Cr成分(%)NiMoWNbCuAl0.41.230400.5ww0.61.81.50.030.0337470.50.301.50.250.05為了深刻熟悉爐管中主要元素及微量元素的作用,查閱了一些文獻(xiàn),并對(duì)其在耐熱鑄鋼中的作用進(jìn)行了分析.C: C與Cr、Mo Ti、V、Nb等形成一次碳化物 M7C3和NbG在高溫時(shí)效過(guò)程中,基體中的過(guò)飽和 固溶碳以細(xì)小彌散的 M3C6析出,提升了鋼的強(qiáng)度.另外增加碳含量還能抑制6相析出.但碳含量過(guò)高,二

3、次碳化物大量析出,會(huì)降低合金的韌性、惡化焊接性.因此Cr35Ni45合金含碳量不超過(guò) 0.60%,但Si是促進(jìn)6相析出元素,參加量過(guò)多,使焊接性惡化、降低持久強(qiáng)度.裂解爐管硅含量一般限制 在 1.50%2.00%.Mn:它能改善焊接性能,但固熔強(qiáng)化促進(jìn)6相析出,參加量過(guò)多能降低合金的抗氧化性能.一般 限制在1.5%以下.Cr :它是合金中主要的固溶強(qiáng)化元素和碳化物形成元素.它在材料外表形成致密的Cr2Q保護(hù)膜,對(duì)合金的抗氧化、強(qiáng)度、抗?jié)B碳性能起著決定性作用.但Cr含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致6相析出,因而降低合金的強(qiáng)度和韌性.Ni :它是形成和穩(wěn)定奧氏體,提升抗?jié)B碳、抗氧化、高溫強(qiáng)度和韌性的主要元素.對(duì)于裂

4、解爐來(lái)說(shuō),其抗?jié)B碳性能的優(yōu)劣是十分重要的,也是影響裂解爐壽命的主要因素.由于裂解爐在運(yùn)行過(guò)程中管內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生滲碳, 滲碳層的出現(xiàn)一方面在管內(nèi)壁會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力,另一方面滲碳也使?fàn)t管材料的組織和性能發(fā)生變化,結(jié)果會(huì)使?fàn)t管局部開(kāi)裂或腐蝕穿孔.W Mo Nb都是固溶強(qiáng)化元素,能提升合金的高溫強(qiáng)度,抑制碳的擴(kuò)散速度,但是參加過(guò)量那么會(huì)影響合金的抗氧化性能,并促進(jìn)6相析出,降低合金的強(qiáng)度和韌性.Nb、Ti、V它們形成碳氮化物,改變晶界碳化物形態(tài),細(xì)化M3G,使其均勻彌散分布,延遲碳化物粗化過(guò)程,從而提升合金的高溫蠕變強(qiáng)度Al :它在奧氏體不銹鋼中形成AIN,促進(jìn)長(zhǎng)期蠕變時(shí)6相形成和粗化,降低蠕變壽命.因此認(rèn)

5、為Al在奧氏體耐熱鋼鑄管中是有害元素,其含量應(yīng)嚴(yán)格限制.1.2 焊接性分析爐管材料為鐵基高鉻鎳合金,焊接性較差,焊接工藝舉措稍有不當(dāng),便會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,表現(xiàn)如下：1.2.1 由于合金元素含量較多,導(dǎo)熱性差,焊縫與母材容易過(guò)熱,造成晶粒粗大,使接頭力學(xué)性能和耐蝕性能下降；1.2.2 焊接時(shí)易出現(xiàn)熱裂紋及再熱裂紋；1.2.3 對(duì)應(yīng)變時(shí)效敏感.焊后如果剩余應(yīng)力較大,在時(shí)效過(guò)程或工作溫度高于時(shí)效溫度時(shí),易產(chǎn)生“應(yīng)變時(shí)效裂紋；1.2.4 對(duì)焊道熔池裂紋較敏感；1.2.5 焊接熔池液態(tài)金屬流動(dòng)性差,鐵水發(fā)粘,熔深小,易出現(xiàn)焊口根部的熔合不良及促使凝固裂紋的產(chǎn)生.2焊接方法及焊接材料的選取焊接方法：主要考慮小的

6、熱輸入及小的熔合比,故采用手工鎢極氬弧焊.焊接材料：因爐管用在高溫條件下,所以高溫強(qiáng)度,蠕變強(qiáng)度要求高,因此,爐管本體焊接材料選取與母材相匹配的高碳同質(zhì)焊材：牌號(hào)XTM其公稱成分為35Cr45Ni,具體化學(xué)成分見(jiàn)表 2.輻射段爐管出口材料為20Cr32NiNb,與輻射段爐管Cr35Ni45相焊時(shí),焊接材料選擇Inconel 82,該焊材為鎳基焊材,塑性較好,其化學(xué)成分見(jiàn)表3.表2 焊絲XTM的化學(xué)成分CSiMnP化學(xué)S成分(%)CrNiTiZrNb0.420.51.034430.050.050.50.481.82.50.0150.01537470.150.101.0表3焊絲Inconel 82

7、的化學(xué)成分化學(xué)成分CSiMnPSCrNiTiNb+Ta<2.5<<18.0><2.03.00.100.503.50.030.01522.0670.753焊接在焊接工藝評(píng)定的根底上,針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,制定了現(xiàn)場(chǎng)的焊接工藝技術(shù)舉措.3.1坡口型式由于爐管材料的液體金屬流動(dòng)性不如一般鋼鐵材料,焊接工藝不良時(shí)很容易發(fā)生未熔合現(xiàn)象.如果加大焊接電流以增大高溫合金熔池金屬的流動(dòng)性,不但效果不大,而且還會(huì)造成過(guò)熱的不良影響.為使熔合良好且有一定熔深,坡口設(shè)計(jì)應(yīng)與結(jié)構(gòu)鋼有所區(qū)別,坡口角度應(yīng)適當(dāng)增大,根部鈍邊應(yīng)適當(dāng)減小.具體坡口型式見(jiàn)圖 1所示：牌號(hào)(mm)(A)(V)(cm/m

8、i n)(L/mi n)XTM2.4 X 2. 4Incon el822.580100111381010153.3 焊接3.3.1 對(duì)口要求管道對(duì)口應(yīng)做到內(nèi)壁平齊,如有錯(cuò)口,不得大于0.5mm,對(duì)口時(shí)不得采用強(qiáng)力組對(duì),應(yīng)做到無(wú)應(yīng)力對(duì)口；3.3.2 焊接工藝要點(diǎn)焊接前應(yīng)用丙酮清洗坡口,以防有害雜質(zhì)對(duì)焊縫造成危害；焊接時(shí),焊縫反面應(yīng)充氬保護(hù),氬氣純度不小于 99.99% ;弓1弧時(shí)應(yīng)在坡口內(nèi),以免在坡口外引弧對(duì)母材造成傷害；爐管開(kāi)始焊接時(shí),不得將爐管組對(duì)時(shí)所用的工卡具撤除,至少焊接三層前方可撤除,以免由于外加因素產(chǎn)生的附加外應(yīng)力,使焊縫產(chǎn)生裂紋；焊接時(shí)應(yīng)采用小線能量和小截面焊道；底層焊接時(shí),應(yīng)采用

9、小電流,使電弧垂直對(duì)準(zhǔn)坡口中央,電弧應(yīng)稍作擺動(dòng),保證坡口根部熔合良好.底層焊接時(shí),打底厚度要相對(duì)較厚,以免底 層焊道強(qiáng)度缺乏,產(chǎn)生裂紋；打底完成經(jīng)檢驗(yàn)合格后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行次層的焊接,以防產(chǎn)生裂紋；次層焊接時(shí),應(yīng)采用窄焊道技術(shù),從第三層以上,應(yīng)采用多道焊接技術(shù)；焊接時(shí),應(yīng)逐層對(duì)焊縫外觀進(jìn)行檢查；合格前方可焊接次層；多層焊時(shí),應(yīng)限制層間溫度在100 C以下,以防接頭過(guò)熱,焊縫熱影響區(qū)晶粒粗大,使接頭的強(qiáng)度下降；收弧時(shí)應(yīng)填滿弧坑,收弧時(shí)應(yīng)先?；?滯后停氣,以防產(chǎn)生火口裂紋3.4 焊接檢驗(yàn)滲透探傷：坡口著色,底層著色,面層著色.射線探傷：100%射線探傷.3.5 現(xiàn)場(chǎng)焊接實(shí)例以輻射段出口的焊接為例,見(jiàn)圖

10、2所示.t2嚴(yán)一T 一亠!1X1- 廢鍋2- 螺栓3與廢鍋相聯(lián)法蘭4- 直管5- 支撐杠6- Y型管7- 輻射段爐管圖2十萬(wàn)噸爐輻射段出口3.5.1 焊接時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題A為現(xiàn)場(chǎng)安裝焊口,件號(hào)4 材料為20Cr32NiNb與件號(hào)6 材料為Cr35Ni45 相焊,焊接材料選擇Inconel 82 ,該焊材為鎳基焊材,塑性較好.焊接方法為純氬弧焊,組對(duì)完成后進(jìn)行底層焊接, 底層焊接時(shí),在焊縫中央處產(chǎn)生沿焊縫方向裂紋,經(jīng)砂輪打磨補(bǔ)焊仍產(chǎn)生裂紋.3.5.2 原因分析3.5.2.1 材料本身的因素,該種材料較為難焊,易產(chǎn)生裂紋.3.5.2.2 在底層焊接時(shí),焊縫必將產(chǎn)生橫向收縮,焊縫下部管子由于本身重力因素,不能向上移動(dòng),焊縫上部由于與廢熱鍋爐相聯(lián)法蘭已經(jīng)把緊,不能自由伸縮.由于焊口兩端的相對(duì)固定,焊縫不能自由收縮,焊縫產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力,且底層焊縫厚度較薄,當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí),焊縫 產(chǎn)生裂紋.3.5.3 解決舉措3.5.3.1 在焊口下部的 Y 型管或 90°彎管上加支撐杠或吊鏈,焊接時(shí)使支撐杠或吊鏈處于受力 狀態(tài),不能松動(dòng),以免由于焊口下方管子自重對(duì)焊縫產(chǎn)生的附加外應(yīng)力.當(dāng)焊接 3 層或 3 層以上時(shí)方 可將支撐杠或吊鏈撤除.3.5.3.2 將與廢熱鍋爐相連的法蘭螺栓松開(kāi),讓焊口上方的管子或法蘭處于自由伸縮狀態(tài),確