球形储罐裂纹修复工艺及措施

球形储罐裂纹修复工艺及措施

杜亮 张志江 何大喜 刘元涛 孟庆军

新疆炼化建设集团有限公司 新疆克拉玛依 833699

摘要：我单位负责某炼化企业静设备的维护工作，2019年对该乙烯厂某装置丙烯球罐的裂纹进行了返修，返修一次成功，本文主要阐述了此次裂纹返修的焊接工艺及措施。

关键词：裂纹 返修 应力

0前言

某厂的丙烯球罐年检中射线探伤发现赤道带焊缝一处有25mm的裂纹，球罐材质为16MnR ,球罐壁厚（δ=40mm）、焊缝宽，裂纹缺陷不易找到，经过我单位制定合理的焊接工艺措施，返修一次成功，最后经射线探伤、水压试验一次合格。

1球罐焊接裂纹分析

球罐是三类压力容器，我国用于球罐制造的板材多为16MnR、15MnV等低合金高强钢，合金元素和碳含量较低，一般情况下，焊接裂纹倾向不大，但随着板厚的增加使用过程中受压力、温度的影响等原因易造成球罐产生冷裂纹，多存在于焊缝金属中及近缝区内,裂纹具有尖锐端头，大多数是非连续性裂纹。球罐使用过程中产生的裂纹主要是冷裂纹，又称延迟裂纹。球罐冷裂纹的产生，主要是氢、淬硬组织和应力的相互促进、相互影响的作用。在一定条件下，三者中任一种都可能成为形成冷裂纹的主要因素。

2球罐裂纹的清除

首先在返修前利用超声波探伤准确定位，发现缺陷长25mm，缺陷深度约4mm，自外向内埋深17—22mm。由于清除的缺陷深度不得超过球壳板厚度的2/3，若清除到球壳板厚度的2/3处还残留缺陷时，应在该状态下补焊，然后在其背面再次清除缺陷进行焊补。将要返修的裂纹埋深居于板厚中部，因此根据现场的实际情况，决定从球罐外表面进行返修。其次在清除裂纹时，应采用碳弧气刨或砂轮机从裂纹两边向中间清除的原则，防止裂纹向两端扩展。此次返修先用碳弧气刨进行清除，注意刨后坡口底部成U形，两端坡口要刨成较小的缓坡，刨后采用磨光机将氧化物、淬硬层、渗碳层磨掉，打磨成圆滑过渡,避免坡口底部被磨成V形，并经渗透检测以确保裂纹被彻底清除，再进行补焊，缺陷清除图（见图1）。

图1 缺陷清除

3 焊前准备

3.1焊条的烘干

焊材选用E5015焊条，需进行烘干处理，烘干要求按照表1执行。使用时放在保温桶内，随用随取。焊条在保温筒内不宜超过 4h。超过后，应按原烘干温度重新干燥。

表1.焊条烘干要求

3.2焊前清理，要彻底去除焊接坡口表面及坡口两侧100 mm范围内的油污、水分、铁锈及其他杂物。

3.3焊前预热：

16MnR（δ=40mm）的钢板在返修时容易产生裂纹，因此在焊接前需采取预热措施。由于较高的的预热温度可降低焊缝冷却速度，使氢更易从焊缝熔池向大气中扩散，减少扩散氢含量，降低焊接区的温度梯度，减少脆硬组织的产生，减小温差应力，因此预热温度控制在100～175℃以内，预热范围包括坡口两侧200mm，以便使焊接接头在较宽区域内处于塑性状态，减弱焊接应力焊缝的不利影响。改变焊接区的应变集中区，降低促使冷裂纹形成的应力峰值。

4 施焊环境

当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：

①雨天及雪天；②手工焊时风速超过 8m/s，气体保护焊时风速超过 2m/s；③环境温度在-5℃以下；④相对湿度在 90%以上。

5 球罐裂纹的补焊

5.1焊接方法

采用手工电弧焊，焊接位置为横焊，焊工的持证项目SMAW-II-6G-168*12-F3J。补焊过程中要求进行多层多道焊，采用小电流快速焊的施焊工艺，为避免缺陷的产生，焊接过程中错开层间接头，减小焊道与坡口间的夹角，减小偏析和应力集中。焊后锤击焊缝，使金属产生塑性变形，抵消部分收缩量，减小焊接应力与变形。

5.2焊接工艺参数见表（2）

5.3后热

焊接结束后,防止产生氢致裂纹，需采取后热措施。在焊后趁焊缝温度未降低时应立即进行温度为200～250℃的后热，后热时间应为 0.5～1 h。创造有利于氢逸出的条件，并杜绝外部环境中的氢侵入。

6 焊后热处理

返修结束24小时后，进行无损检测，检测合格后方可应进行焊后热处理。热处理时间应按球壳厚度每 25mm 恒温 1h 计算，且不小于 1h。升温至 400℃以上时，升温速度宜控制在 50～80℃/h。降温时，降温速度宜控制在 30～50℃/h，400℃以下自然冷却。400℃以上升温和降温时，球壳表面上相邻两测温点的温差不得大于 130℃。

7.结论

经过对球罐裂纹部位进行返修，返修一次成功，探伤为一级片子，水压试验也顺利通过。现在设备运行良好。

参考文献：

1、<<焊接手册>> 中国机械工程焊接学会 1992

2、<<球形储罐制造及工艺>> 机械工艺出版社 2000

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