张兴军

（宁夏特种设备检验检测院，宁夏 银川 750000）

近年来，煤化工产业迅猛发展，其装置内的变换、加氢装置设备由内部衬非金属隔热层的冷壁结构发展成为由耐热钢焊接的热壁结构。我国从上世纪80年代制造这类设备获得成功后，现在国内很多大型装备制造单位已具备制造这些设备的能力，其结构有板焊式、锻焊式结构，满足了国内使用厂家的需求。这些设备投入使用多年，运行情况总体良好。但还有相当一部分在进行定期检验时，设备基本都能发现堆焊层存在不同程度的裂纹缺陷，这些缺陷大部分存在于现场组焊焊缝或接管，如图1、图2所示。这些裂纹经分析多为热裂纹。

图1 堆焊层裂纹

图2 裂纹表面打磨后

煤化工中的临氢反应器操作压力在2 MPa～10 MPa、操作温度320℃～480℃，氢及硫化氢等条件下工作，为防止氢脆、氢腐蚀、硫化物腐蚀、Cr－Mo钢回火脆化以及堆焊层的剥离等严重损伤，设计要求高、难度大、制造工艺复杂，对材料、焊接技术以及焊接质量都有很高要求。以热壁加氢反应器为例，壳体基材2.25Cr1Mo内壁堆焊不锈钢防蚀层，形成双金属结构。其壳体材料在临氢条件下工作，主要依据耐尔逊（Nelson）曲线来确定，2.25Cr－1Mo钢被广泛应用于加氢设备上，是热壁加氢反应器主选材料。随着人们对设备损伤认识上的深入，加氢装置规模不断扩大，反应器尺寸也越来越大，使得2.25Cr－1Mo钢制造的设备壁厚很厚。近些年国内冶炼技术不断提高，国产12Cr2Mo1R广泛应用于加氢反应器，虽然工艺适应性等与国外材料还有一些差距，但采用一些进口焊材或专用焊材也能达到设计条件要求。大型超限加氢反应设备为了解决运输等问题，采用分段、分片现场组对，组对过程仍然采用制造单位原制造工艺，就会出现工艺不完善或工艺执行不到位现象，尤其在堆焊层堆焊过程。笔者根据经验，通过加强一些关键点控制，能够有效解决堆焊热裂纹的产生，达到很好效果[1]。

焊接过程控制的关键控制点就是焊接材料及烘干程度、焊接工件表面清理及预热温度、焊接线能量及层间温度控制、焊后后热温度及保温时间、无损检测、热处理。由于施工现场的作业环境较制造厂差，现场的质量责任人与制造单位质量部门管理不协调，这就给焊接质量埋下了隐患，应从以下几个方面加以解决[2]。

1 材料管理

（1）建立焊材二级库，按工艺规定的烘干温度对焊材进行烘干，焊材领取时采用保温桶，应查看保温桶是否进行加热（领焊材时的温度），保证焊材恒温存放，确保焊材在使用时的性能。现场经常能够发现焊工领用焊条直接塞进冷保温桶、用废旧包装铁桶或其他铁桶领用焊剂现象。

（2）未使用完的焊材回收后应设专区按牌号统一存放，积累到一定量，按工艺要求使用，不能把回收焊材和新焊材混用。焊材二级库应设专人管理，负责焊材烘干、领用、回收，不能由焊工班长兼职。焊材应做到谁使用谁领用并做好登记，不能由焊工班长领用后再分发给施焊焊工。

2 焊接管理

（1）焊接工艺卡应用卡袋挂在焊接岗位安全部位，焊工必须持证上岗后认真阅读焊接工艺卡，熟知所焊接设备焊接工艺。防止焊工与工艺分离，不按工艺凭经验只管“熔焊条”的现象。

（2）现场检查人员应当对焊接工件表面、预热部位认真检查，达到工艺要求后通知焊工进行焊接作业，火焰单侧加热测温应从加热面背面测量，尤其预热范围边缘部位，不应只测中心部位。

图3 堆焊部位示意图

3 耐蚀层堆焊

（1）目前制造热壁加氢反应器现场应用的堆焊方法主要是电弧带极堆焊和焊条电弧堆焊，考虑到母材稀释的因素，多采用双层堆焊。焊带为309L和347L，焊带规格为宽30～100mm，厚0.4～0.5mm。带极堆焊方法主要有埋弧堆焊（SAW），日本神钢又开发了高速带极堆焊新工艺，堆焊速度在14m/h以上，目的在于改善堆焊层的抗剥离性能。甘肃工业大学和兰石厂也开展了这方面的研究，取得了试验性结果。

（2）加氢反应器小直径接管内壁采用自动TiG堆焊或自动药芯焊丝气保焊堆焊也得到了广泛应用，且极大地提高了生产效率。自动TiG堆焊可堆焊管子的最小内径为50mm，长度达2m。哈尔滨焊接研究所还研制了90°弯管的自动TiG堆焊设备，满足了国内多家工厂的需要。

（3）内壁耐蚀层堆焊方法：①堆焊位置应始终保持处于平焊状态；②堆焊方法为埋弧带极堆焊；堆焊材料见下表，堆焊焊道如下图。

表1 常规堆焊材料表

留意因封头是曲面，采用HJ107焊剂与同类型进口焊剂相比，其熔深大，使堆焊层结合面不轻易产生夹渣，堆焊质量好。③焊条电弧SMAW堆焊一般过渡层填充金属E24.13 LR，耐蚀层填充金属E19.13 NbR，主要对焊工在执行工艺过程控制，线能量转化到单根焊条熔敷金属单位时间的焊接长度，控制面层道间温度最高为200°C，施焊过程中尤其过渡层尽量使得焊接电流接近工艺要求下限值，要防止焊接线能量的过量输入，避免焊接热裂纹的产生，焊接检查人员适时监控道间温度以及监控线能量输入，堆焊位置见图3。

④堆焊工序：预热温度150℃∽180℃→埋弧带极堆焊过渡层→后热（300℃∽350℃×1h）→24h后堆焊层表面着色检查（PT）→埋弧带极堆焊面层→后热（300℃∽350℃×1h）→24h后堆焊层表面着色检查（PT）→结合表面无损检测从基材进行（UT）检测。焊条电弧SMAW堆焊过渡层→后热（300℃∽350℃×1h）→24h后堆焊层表面着色检查（PT）→埋弧带极堆焊面层→后热（300℃∽350℃×1h）→后堆焊层表面着色检查（PT）。有些工艺堆焊面层后不进行后热处理，要进行落实。⑤无损检测是真实检测焊接质量的第一凭据，在现场组焊时控制好无损检测时机，尤其不因时间紧，焊接完成后工件表面达到检测温度就进行PT检测。无损检测无疑是对焊接质量控制的一个重要标尺，无损检测应当制定单台的检测工艺，并按检测工艺进行检测。⑥焊缝返修。对需要焊接返修的缺陷应当分析缺陷产生原因,提出改进措施,有必要应按标准进行焊接工艺评定,编制焊接返修工艺。

4 焊后热处理

焊接后的焊接接头一般在现场进行局部热处理，大部分采用电加热方式。需要注意的是加热宽度、热电偶布置、保温措施，大型加氢反应器一般壁厚都大于120mm，对于一些单侧加热，热电偶只布置在加热侧的工艺，会造成热处理温度达不到要求的现象。热电偶布置不应以方便为前提，应真实反映热处理部位温度分布状态，处理过程升降温状况[3]。

5 结语

在大型临氢压力容器现场组焊的施工中，由于自然条件复杂，对焊接质量影响较大，焊接作业人员要按工艺要求进行焊接，尤其要控制焊接输入热能的增加、层间温度、焊接线能量，防止产生热裂纹。现场质量保证体系人员对体系内的各个质控环节都应当严格要求和认真检查，确保堆焊质量[4]。