服務(wù)熱線：壓力容器法蘭人孔與筒體相焊的焊接質(zhì)量控制
2019年03月11日
滄州五森管道有限公司
隨著壓力容器成套裝置的高參數(shù)，大型化，容器用鋼的品種和強(qiáng)度也呈現(xiàn)多樣化和高強(qiáng)化。Cr-Mo鋼是高溫或加氫設(shè)備中應(yīng)用 廣的鋼種。其裂紋敏感性較高，對(duì)焊接和無(wú)損檢測(cè)的要求也很高。
本文以2002年5月我廠為某化肥廠制造的加氫換熱器為例，介紹法蘭人孔與筒體焊接接頭的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及焊接缺陷的返修質(zhì)量控制。
概況
法蘭人孔與筒體相焊材采用進(jìn)口焊條，其型號(hào)為E5515-B2，規(guī)格φ4.0批號(hào)016，其熔敷金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能。
一、法蘭人孔與筒體相焊后出現(xiàn)的問(wèn)題
法蘭人孔與筒體相焊的結(jié)構(gòu)形式及開(kāi)裂情況法蘭人孔與筒體為插入式管座全焊透焊縫由于開(kāi)孔造成殼體不連續(xù)，也成為應(yīng)力集中處， 別是鋼厚壁容器的法蘭人孔，焊縫焊接和探傷均有難度。焊后超聲檢測(cè)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)夾渣，采取局部加熱和返修后在修復(fù)焊縫附近的區(qū)域卻引發(fā)出裂紋。經(jīng)采用直探頭及斜探頭進(jìn)行超聲檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)二處裂紋，一處 6#深50-70mm，長(zhǎng)80mm，另一處2#深26-55mm，長(zhǎng) :200mm
二、硬度測(cè)試
為檢查開(kāi)裂處的性能，我們以裂紋處為0°每隔90°測(cè)定殼體及法蘭人孔鍛件母材，殼體及法蘭人孔鍛件母材熱影響區(qū)以及焊縫中心的硬度。
從硬度檢測(cè)結(jié)果看來(lái)：殼體母材和法蘭人孔鍛件及相應(yīng)的熱影響區(qū)硬度均不高，但焊縫開(kāi)裂區(qū)0°，180°的硬度較高，表明該處有淬硬傾向。
法蘭人孔鍛件與筒體相焊的角焊縫返修
1、缺陷的清除：根據(jù)超聲波檢測(cè)定位裂紋位置及長(zhǎng)度，用碳刨清除裂紋，清除裂紋后火焰加熱80-100℃保溫半小時(shí)。
2、打磨：將0°和180°兩處缺陷消除后，打磨坡口，坡口面要求平滑過(guò)渡，并將滲碳層磨除，根部采用倒角機(jī)，缺陷清除后做MT檢測(cè)。
3、焊前預(yù)熱：預(yù)熱溫度為100-150℃，采取法蘭人孔段件相交處整圈加熱，使開(kāi)裂區(qū)與整圈焊逢及接頭的溫度均處于100-150℃的高溫。
4、焊接：采用φ4.0的焊條進(jìn)行多層多道焊接。
5、焊后消氫：消氫溫度為150-200℃*2h，也采取整圈加熱，即返修和未返修處同樣加熱且緩冷。
三、焊后檢驗(yàn)
焊后硬度測(cè)試結(jié)果。從檢測(cè)結(jié)果可見(jiàn)，焊縫硬度在正常范圍內(nèi)。修復(fù)后超聲檢測(cè)符合
JB4730-94的I級(jí)的要求。
四、法蘭人孔接管與筒體焊縫裂紋的超聲檢測(cè)技術(shù)
對(duì)法蘭人孔接管與筒體相焊角焊縫裂紋的超聲檢測(cè)和定位，是隨后進(jìn)行合理返修，從而保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。
（1）檢測(cè)方法及檢測(cè)面的選擇針對(duì)裂紋產(chǎn)生的原因，采用橫波和縱波并用的方法，如圖 8 所示對(duì)靠近接管側(cè)焊縫中危害 的缺陷是未熔合和裂紋，以圖 8 位置#所示縱波直探頭為主。而對(duì)焊縫中方向不一的缺陷，則采用位置，在殼體內(nèi)外壁，利用一、二波進(jìn)行雙面單側(cè)檢測(cè)，這樣 能對(duì)此角焊縫進(jìn)行 檢測(cè)。
（2）斜探頭角度的選擇斜探頭角度的選擇應(yīng)考慮三個(gè)因素：使聲束掃查到整個(gè)焊縫截面使探頭主聲束盡量與主要危險(xiǎn)性缺陷垂直；保證有足夠的檢測(cè)靈敏度。根據(jù)角焊縫容易產(chǎn)生根部裂紋的 點(diǎn)，當(dāng)作端角來(lái)處理，由所示可知，當(dāng)橫波入射時(shí)，入射角as=30°或60°附近，端角反射率低，即檢測(cè)靈敏度低，當(dāng)橫波入射角為as=35-55°即K=0.7-1.43檢測(cè)靈敏
度高，取K=1較合適。由于危害性缺陷方向不一，選擇K值大斜探頭可以擴(kuò)大檢測(cè)范圍。故選擇K=2較適宜。
（3）頻率選擇
原則上選擇頻率高，有利于發(fā)現(xiàn)較小缺陷，分辨率、聲束指向性好。但低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，由于焊縫晶粒較粗大，故選擇低頻。如2MHz比較合適。
（4）探頭晶片尺寸選擇
斜探頭晶片尺寸選擇：由于檢測(cè)厚度較厚，如晶片尺寸大，輻射超聲能量大，有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷，對(duì)缺陷定位 有利。如：K值相同（K=2.0）不同晶片尺寸分別計(jì)算斜探頭上、下擴(kuò)散角，一個(gè)晶片尺寸為20*24mm²，一個(gè)晶片尺寸為13*13mm²，經(jīng)計(jì)算K=2頻率為2MHz，晶片尺寸為20*20mm²，上擴(kuò)角為9.5°，下擴(kuò)角為7.7°, K=2頻率為2MHz，晶片尺寸為13*13mm²，上擴(kuò)散角為18°，下擴(kuò)散角為12°。
從上述可知，選擇晶片尺寸大、斜探頭、輻射超聲能量大，有利于發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)距離缺陷。對(duì)缺陷定位、定量準(zhǔn)確。
直探頭晶片尺寸選擇：由于直探頭在法蘭人孔內(nèi)壁進(jìn)行直射波檢測(cè)，為了良好耦合效果，可采用晶片尺寸較小如φ14。
總之，上 述 角 焊 縫 檢 測(cè) 工 藝 參 數(shù) 為2P20*20K1，2P20*20K2，2Pφ14滿(mǎn)足檢測(cè)要求。
（5）缺陷位置的確定
從容器環(huán)焊縫超聲檢測(cè)中，焊縫中缺陷距探頭入射點(diǎn)的水平距離和垂直距離，均能根據(jù)斜探頭K值或折射角確定。
結(jié)論
（1）Cr-Mo鋼的焊接裂紋敏感性高，對(duì)法蘭人孔、接管與殼體相焊的焊縫，由于其拘束應(yīng)力較大，若焊接工藝不當(dāng)，很容易產(chǎn)生裂紋， 刨除后，采用恰當(dāng)?shù)暮附庸に囀强梢孕迯?fù)的；
（2）對(duì)殼體與法蘭人孔鍛件相焊的全焊透焊縫，采用超聲波探傷技術(shù)是能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出缺陷的大小和性質(zhì)。 別對(duì)焊接裂紋是能夠較準(zhǔn)確的定性和定位；
（3）對(duì)于壁厚為75mm的Cr-Mo鋼殼體與50mm厚法蘭人孔鍛件相焊的全焊透焊縫局部焊接返修時(shí)， 次為消除夾渣的返修，采取局部加熱（150℃）和后熱（350℃），焊后卻引發(fā)延遲裂紋。第二次采取整圈焊縫的預(yù)熱的預(yù)熱和后熱消氫，其后熱溫度為200-250℃*2h，成功地避免了延遲裂紋。
滄州力瑞管道設(shè)備有限公司 法蘭人孔
