服務熱線：壓力容器法蘭人孔與筒體相焊的焊接質量控制
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，大型化，容器用鋼的品種和強度也呈現多樣化和高強化。Cr-Mo鋼是高溫或加氫設備中應用 廣的鋼種。其裂紋敏感性較高，對焊接和無損檢測的要求也很高。
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損檢測技術及焊接缺陷的返修質量控制。
概況
法蘭人孔與筒體相焊材采用進口焊條，其型號為E5515-B2，規格φ4.0批號016，其熔敷金屬化學成分及力學性能。
一、法蘭人孔與筒體相焊后出現的問題
法蘭人孔與筒體相焊的結構形式及開裂情況法蘭人孔與筒體為插入式管座全焊透焊縫由于開孔造成殼體不連續，也成為應力集中處， 別是鋼厚壁容器的法蘭人孔，焊縫焊接和探傷均有難度。焊后超聲檢測發現超標夾渣，采取局部加熱和返修后在修復焊縫附近的區域卻引發出裂紋。經采用直探頭及斜探頭進行超聲檢測，共發現二處裂紋，一處 6#深50-70mm，長80mm，另一處2#深26-55mm，長 :200mm
二、硬度測試
為檢查開裂處的性能，我們以裂紋處為0°每隔90°測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以及焊縫中心的硬度。
從硬度檢測結果看來：殼體母材和法蘭人孔鍛件及相應的熱影響區硬度均不高，但焊縫開裂區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：根據超聲波檢測定位裂紋位置及長度，用碳刨清除裂紋，清除裂紋后火焰加熱80-100℃保溫半小時。
2、打磨：將0°和180°兩處缺陷消除后，打磨坡口，坡口面要求平滑過渡，并將滲碳層磨除，根部采用倒角機，缺陷清除后做MT檢測。
3、焊前預熱：預熱溫度為100-150℃，采取法蘭人孔段件相交處整圈加熱，使開裂區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
焊后硬度測試結果。從檢測結果可見，焊縫硬度在正常范圍內。修復后超聲檢測符合
JB4730-94的I級的要求。
四、法蘭人孔接管與筒體焊縫裂紋的超聲檢測技術
對法蘭人孔接管與筒體相焊角焊縫裂紋的超聲檢測和定位，是隨后進行合理返修，從而保證焊接質量的關鍵。
（1）檢測方法及檢測面的選擇針對裂紋產生的原因，采用橫波和縱波并用的方法，如圖 8 所示對靠近接管側焊縫中危害 的缺陷是未熔合和裂紋，以圖 8 位置#所示縱波直探頭為主。而對焊縫中方向不一的缺陷，則采用位置，在殼體內外壁，利用一、二波進行雙面單側檢測，這樣 能對此角焊縫進行 檢測。
（2）斜探頭角度的選擇斜探頭角度的選擇應考慮三個因素：使聲束掃查到整個焊縫截面使探頭主聲束盡量與主要危險性缺陷垂直；保證有足夠的檢測靈敏度。根據角焊縫容易產生根部裂紋的 點，當作端角來處理，由所示可知，當橫波入射時，入射角as=30°或60°附近，端角反射率低，即檢測靈敏度低，當橫波入射角為as=35-55°即K=0.7-1.43檢測靈敏
度高，取K=1較合適。由于危害性缺陷方向不一，選擇K值大斜探頭可以擴大檢測范圍。故選擇K=2較適宜。
（3）頻率選擇
原則上選擇頻率高，有利于發現較小缺陷，分辨率、聲束指向性好。但低合金高強度鋼焊接時，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：由于檢測厚度較厚，如晶片尺寸大，輻射超聲能量大，有利于發現遠距離缺陷，對缺陷定位 有利。如：K值相同（K=2.0）不同晶片尺寸分別計算斜探頭上、下擴散角，一個晶片尺寸為20*24mm²，一個晶片尺寸為13*13mm²，經計算K=2頻率為2MHz，晶片尺寸為20*20mm²，上擴角為9.5°，下擴角為7.7°, K=2頻率為2MHz，晶片尺寸為13*13mm²，上擴散角為18°，下擴散角為12°。
從上述可知，選擇晶片尺寸大、斜探頭、輻射超聲能量大，有利于發現遠距離缺陷。對缺陷定位、定量準確。
直探頭晶片尺寸選擇：由于直探頭在法蘭人孔內壁進行直射波檢測，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 工 藝 參 數 為2P20*20K1，2P20*20K2，2Pφ14滿足檢測要求。
（5）缺陷位置的確定
從容器環焊縫超聲檢測中，焊縫中缺陷距探頭入射點的水平距離和垂直距離，均能根據斜探頭K值或折射角確定。
結論
（1）Cr-Mo鋼的焊接裂紋敏感性高，對法蘭人孔、接管與殼體相焊的焊縫，由于其拘束應力較大，若焊接工藝不當，很容易產生裂紋， 刨除后，采用恰當的焊接工藝是可以修復的；
（2）對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是能夠準確的檢測出缺陷的大小和性質。 別對焊接裂紋是能夠較準確的定性和定位；
（3）對于壁厚為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， 次為消除夾渣的返修，采取局部加熱（150℃）和后熱（350℃），焊后卻引發延遲裂紋。第二次采取整圈焊縫的預熱的預熱和后熱消氫，其后熱溫度為200-250℃*2h，成功地避免了延遲裂紋。
滄州力瑞管道設備有限公司 法蘭人孔
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