压力容器法兰人孔与筒体相焊的焊接质量控制

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压力容器法兰人孔与筒体相焊的焊接质量控制

 

 
随着压力容器成套装置的高参数,大型化,容器用钢的品种和强度也呈现多样化和高强化。Cr-Mo钢是高温或加氢设备中应用最广的钢种。其裂纹敏感性较高,对焊接和无损检测的要求也很高。
 
本文以2002年5月我厂为某化肥厂制造的加氢换热器为例,介绍法兰人孔与筒体焊接接头的无损检测技术及焊接缺陷的返修质量控制。
 
概况
法兰人孔与筒体相焊材采用进口焊条,其型号为E5515-B2,规格φ4.0批号016,其熔敷金属化学成分及力学性能。
 
一、法兰人孔与筒体相焊后出现的问题
法兰人孔与筒体相焊的结构形式及开裂情况法兰人孔与筒体为插入式管座全焊透焊缝由于开孔造成壳体不连续,也成为应力集中处,特别是钢厚壁容器的法兰人孔,焊缝焊接和探伤均有难度。焊后超声检测发现超标夹渣,采取局部加热和返修后在修复焊缝附近的区域却引发出裂纹。经采用直探头及斜探头进行超声检测,共发现二处裂纹,一处 6#深50-70mm,长80mm,另一处2#深26-55mm,长 :200mm
 
二、硬度测试
为检查开裂处的性能,我们以裂纹处为0°每隔90°测定壳体及法兰人孔锻件母材,壳体及法兰人孔锻件母材热影响区以及焊缝中心的硬度。
从硬度检测结果看来:壳体母材和法兰人孔锻件及相应的热影响区硬度均不高,但焊缝开裂区0°,180°的硬度较高,表明该处有淬硬倾向。
 
法兰人孔锻件与筒体相焊的角焊缝返修
1、缺陷的清除:根据超声波检测定位裂纹位置及长度,用碳刨清除裂纹,清除裂纹后火焰加热80-100℃保温半小时。
2、打磨:将0°和180°两处缺陷消除后,打磨坡口,坡口面要求平滑过渡,并将渗碳层磨除,根部采用倒角机,缺陷清除后做MT检测。
3、焊前预热:预热温度为100-150℃,采取法兰人孔段件相交处整圈加热,使开裂区与整圈焊逢及接头的温度均处于100-150℃的高温。
4、焊接:采用φ4.0的焊条进行多层多道焊接。
5、焊后消氢:消氢温度为150-200℃*2h,也采取整圈加热,即返修和未返修处同样加热且缓冷。
 
三、焊后检验
焊后硬度测试结果。从检测结果可见,焊缝硬度在正常范围内。修复后超声检测符合
JB4730-94的I级的要求。
 
四、法兰人孔接管与筒体焊缝裂纹的超声检测技术
对法兰人孔接管与筒体相焊角焊缝裂纹的超声检测和定位,是随后进行合理返修,从而保证焊接质量的关键。
(1)检测方法及检测面的选择针对裂纹产生的原因,采用横波和纵波并用的方法,如图 8 所示对靠近接管侧焊缝中危害最大的缺陷是未熔合和裂纹,以图 8 位置#所示纵波直探头为主。而对焊缝中方向不一的缺陷,则采用位置,在壳体内外壁,利用一、二波进行双面单侧检测,这样就能对此角焊缝进行全面检测。
(2)斜探头角度的选择斜探头角度的选择应考虑三个因素:使声束扫查到整个焊缝截面使探头主声束尽量与主要危险性缺陷垂直;保证有足够的检测灵敏度。根据角焊缝容易产生根部裂纹的特点,当作端角来处理,由所示可知,当横波入射时,入射角as=30°或60°附近,端角反射率低,即检测灵敏度低,当横波入射角为as=35-55°即K=0.7-1.43检测灵敏
度高,取K=1较合适。由于危害性缺陷方向不一,选择K值大斜探头可以扩大检测范围。故选择K=2较适宜。
(3)频率选择
原则上选择频率高,有利于发现较小缺陷,分辨率、声束指向性好。但低合金高强度钢焊接时,由于焊缝晶粒较粗大,故选择低频。如2MHz比较合适。
(4)探头晶片尺寸选择
斜探头晶片尺寸选择:由于检测厚度较厚,如晶片尺寸大,辐射超声能量大,有利于发现远距离缺陷,对缺陷定位就有利。如:K值相同(K=2.0)不同晶片尺寸分别计算斜探头上、下扩散角,一个晶片尺寸为20*24mm²,一个晶片尺寸为13*13mm²,经计算K=2频率为2MHz,晶片尺寸为20*20mm²,上扩角为9.5°,下扩角为7.7°, K=2频率为2MHz,晶片尺寸为13*13mm²,上扩散角为18°,下扩散角为12°。
从上述可知,选择晶片尺寸大、斜探头、辐射超声能量大,有利于发现远距离缺陷。对缺陷定位、定量准确。
直探头晶片尺寸选择:由于直探头在法兰人孔内壁进行直射波检测,为了良好耦合效果,可采用晶片尺寸较小如φ14。
总之,上 述 角 焊 缝 检 测 工 艺 参 数 为2P20*20K1,2P20*20K2,2Pφ14满足检测要求。
(5)缺陷位置的确定
从容器环焊缝超声检测中,焊缝中缺陷距探头入射点的水平距离和垂直距离,均能根据斜探头K值或折射角确定。
 
结论
(1)Cr-Mo钢的焊接裂纹敏感性高,对法兰人孔、接管与壳体相焊的焊缝,由于其拘束应力较大,若焊接工艺不当,很容易产生裂纹,彻底刨除后,采用恰当的焊接工艺是可以修复的;
(2)对壳体与法兰人孔锻件相焊的全焊透焊缝,采用超声波探伤技术是能够准确的检测出缺陷的大小和性质。特别对焊接裂纹是能够较准确的定性和定位;
(3)对于壁厚为75mm的Cr-Mo钢壳体与50mm厚法兰人孔锻件相焊的全焊透焊缝局部焊接返修时,第一次为消除夹渣的返修,采取局部加热(150℃)和后热(350℃),焊后却引发延迟裂纹。第二次采取整圈焊缝的预热的预热和后热消氢,其后热温度为200-250℃*2h,成功地避免了延迟裂纹。
 

沧州力瑞管道设备有限公司   法兰人孔

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