蒸汽过热炉炉管更换焊接对策

王爱民 1 王亚青 2

1.中国石油兰州石化公司维检修中心 甘肃 兰州 730060

2. 中国石油渤海装备兰州石油化工装备分公司 甘肃 兰州市 730060

摘要：本文主要介绍了某蒸汽过热炉新旧炉管的焊接过程，通过焊接分析，对炉管上下焊缝焊接制

定了不同的焊接对策，保证了新旧炉管的焊接质量，可为同类炉管的检修焊接提供借鉴。

关键词：炉管 检修 焊接

前言

我单位承担了的某厂蒸汽过热炉的检修，该炉为单排立管双面辐射双室箱式炉，炉内由两个辐射室（A室、B室）、一个对流室及引风机和烟囱组成，本文主要是针对辐射室A室炉管检修，炉管为离心浇铸合金炉管，材质为 MAN XM，规格为φ 84×8（MSW）,需更换 8 根，炉管与上下集合管上的管接头焊接，管接头材质为HK40。因辐射室炉管工作温度高，故对炉管的安装组对和焊接质量要

求高。

1. 炉管检修方案

经过现场实际勘察，考虑到焊接操作空间和不破坏炉底保温层等因素，确定了炉管更换方案。即炉管拆除时用切割机切割，上切口定位在上集合管管接头与炉管的焊缝处，下切口定位在距炉底保温砖300mm处，这样保证每根炉管更换安装时只有上下两道焊缝，更有利于保证检修质量。

2. 炉管的焊接

更换炉管时，新、旧炉管对接接头和新炉管与上集合管管接头的焊接质量是修复的关键。MAN XM、

HK40都属于奥氏体钢，其热膨胀系数较高，导热率较低，在焊接中易出现焊接热裂纹。另外，由于处在高温渗碳及氧化性环境，长时间运行后炉管内壁出现明显渗碳层，碳原子的渗入使旧炉管的可焊性下降，故在炉管焊接时还必须考虑旧炉管的渗碳，保证焊接接头在高温环境下的强度不低于母材的抗拉强度。因而正确选择焊接材料、焊接工艺参数相互匹配合理也是非常必要的。

2.1母材分析

MAN.XM炉管属于奥氏体型耐热钢，其新、旧材料的化学成分见表1。

表1 MAN.XM新旧炉管的化学成分 （质量分数%）

C Si Mn P S Cr Mo Ni Nb Zr Ti

标准 0.40/0.45 1.20/2.00 ≤1.50 ≤0.03 ≤0.03 23/27 ≤0.50 32/35 0.5/1.0 加入 加入

新管	0.438	1.64	1.1	＜0.030	＜0.030	25.6	0.45	33.8	0.72	加入 加入
旧管	0.745	1.71	0.61	＜0.020	＜0.010	25.4	0.35	33.4	0.68	加入 加入

Ce=C%+Mn/6%+ Cr/5%+ Mo/4%+ Ni/40%+ Si/24% (1)

新管 Ce=0.45+1.1/6+25.6/5+0.45/4+33.8/40+1.64/24=6.66%

旧管 Ce=0.745+0.61/6+25.4/5+0.35/4+33.4/40+1.71/24=6.92%

从化学成分表中和碳当量计算值可以看出，旧炉管的化学成分中除C元素的质量分数增加较多外，其他元素的质量分数变化不大，但新旧炉管碳当量都高，旧管比新管更高，碳当量相当高，炉管淬硬倾向强，其可焊性差，与高碳钢相似，旧炉管焊接性更差。

2.2焊材选用

焊材选用时，应首先要保证焊缝致密，无裂纹和气孔等缺陷，同时使焊接金属的热强性基本与母材一致。故焊丝采用高温炉管焊丝ERNiCr-3，规格为￠2.4x1000mm，其化学成分见表2,其机械性能见表3。

表2 ERNiCr-3焊丝化学成分表（质量%）

元素 C Mn Si P S Cr	Ni	Fe Nb+Ta	Ti
成分% 0.05 3.25 0.21 0.014 0.007 21.25	余	1.0 2.2	0.42

表3 ERNiCr-3焊丝机械性能

抗拉强度 屈服强度 延伸率

T.S MPa Y.S MPa %

2.3焊接方法

多年来，我单位都承担石化装置中各种工业炉管的检修，对炉管的焊接积累了较成熟的焊接方法，一般采取全TIG气体保护焊或TIG气体保护焊打底手工焊条电弧焊盖面，管线充氩方式如图1。

对于下切口本次检修炉管焊接采用全TIG气体保护焊，因为高合金炉管检修现场焊接时，受各种因素的影响较多，选用全TIG气体保护焊更能保证焊接质量，焊接时不产生飞溅，焊缝表面不存在熔渣，在Ar气的保护下，合金元素烧损少，电弧平稳，熔池金属表面张力较大，表面成型良好，能获得单面焊双面成型的焊缝，其焊接接头力学性能较好。

对于上切口的焊缝焊接因为上集合管管接头很短，水溶性纸固定不稳，很容易被吹入到上集合管内，不能形成有效氩气保护，没有氩气保护焊接质量肯定不合格，经过实践，确定采用免充氩涂覆焊剂进行打底焊接保护，实践证明该方法能保证焊接质量，但是因该免充氩涂覆焊剂为进口产品，使用成本很高，尽量少用。

图1充氩气示图

根据炉管的规格，坡口形式采用 V 形坡口。用角磨机打磨坡口到规定角度，见图 2，做着色检查，表面不得有裂纹、裂缝等缺陷，当发现微裂纹时必须用角磨机打磨干净，对新旧炉管坡口应打磨渗碳层、氧化层和去除油污。在保证焊透和方便焊接的前提下，采用小角度坡口，可以减小焊缝横截面积、减小焊后变形和焊接应力。

图2 炉管坡口组对形式 图3打底焊焊接顺序

2.4焊接工艺

采用全TIG气体保护焊焊接时要求：①焊丝表面和坡口要进行清洁（丙酮清洗），并且保持干燥。

②保护气体氩气的纯度不小于 99.95%。③组对前将坡口及坡口两侧 30mm 范围内的油污、氧化物等对焊接质量不利的物质清理干净。④组对时对口间隙为2.5~3.0mm,不能太小，以防未焊透。⑤定位焊前应先通氩气置换，定位焊与正式焊接采用相同的焊接系数，不得有焊接缺陷。

采用免充氩涂覆焊剂进行焊接时要求：①免充氩涂覆焊剂粉末与丙酮（或乙酸乙酯）按照（5～ 10）:1比例（体积比）进行混合，稀释成奶油状，再将混合物涂于焊口表面，宽度约3mm，厚度约

1mm，涂好后停留3～5分钟，就可以进行焊接。②免充氩焊剂涂覆前，应清理坡口及焊缝两种油污、杂质等，避免炉管被硫化，形成热裂纹。③组对时对口间隙为2.5~3.0mm,不能太小，以防未焊透。 ④焊接操作时应注意起弧、收弧和控制电弧长度，防止气孔产生。⑤定位焊与正式焊接采用相同的焊接系数，不得有焊接缺陷。

2.5焊接

因 MAN XM 合金炉管导热性差，焊接时易过热引起晶粒粗大，固应选择小电流（小于 90A）、短弧、多层多道焊接，不摆动或小摆动操作，层间应清理彻底，并做渗透或着色检查，且各层道间焊接应错开。并应控制层温小于100摄氏度。

焊接分为打底焊、中间层和盖面层焊接。打底层焊接顺序（见图3）：以180°为起点，沿着焊缝分别完成180°→270°和180°→90°方向的焊接，再完成从90°→0°和270°→0°方向的焊接，焊枪做横向月牙形小摆动，一道完成。中间层和盖面层都不做横向摆动，采用小线能量多层多道焊接，每层焊道的接头应错开 30mm,每层焊接完后应清除焊道表面熔渣及焊接缺陷。焊接层间温度控制在100℃以下，以减少热输入，降低焊缝接头的高温停滞时间，防止有害元素引起晶间腐蚀，提高焊缝的抗裂性。

2.6焊缝检查

焊接完毕后，焊缝外观要保证成型良好，焊缝与母材圆滑过渡，焊缝表面不允许未熔合、裂纹、夹渣、咬肉、凹陷等缺陷，不得有熔合性飞溅，焊缝余高不大于1.5mm,在焊接接头坡口边缘以外的覆盖宽度每边不大于2mm，焊缝宽度应均匀一致，允许偏差为±2mm，咬边深度δ ≤0.5mm，累积长

度不超过焊缝总长的10%。本次检修炉管焊缝全部做RT无损检测，一次100%Ⅱ级合格。

3. 结论

通过对过热炉炉管的焊接施工，验证了制定的炉管焊接对策满足工艺要求，按照本工艺进行焊

接检修作业，可以保证炉管焊接的质量，为同类炉管的焊接检修决策提供了参考。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M]北京：机械工业出版社。

[2]NB/T47014-2011.承压设备焊接工艺评定。

[3]GB150-2011.钢制压力容器[S]。

作者简介：王爱民（1973-）男，汉族，湖南武冈人，高级工程师，主要从事炼化装置检维修工作。