CN103170712B - 一种管座角焊缝再热裂纹预防方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管座角焊缝再热裂纹预防方法，依次按照以下步骤进行：第一步：安装并焊妥管座角焊缝；第二步：打磨清理管座角焊缝并修磨焊趾处；第三步：施焊管座角焊缝焊趾压道焊道，压道焊道的焊接方法为手工钨极氩弧焊或焊条电弧焊；第四步：打磨或机加工去除焊趾压道焊道，并使焊缝金属与筒身圆滑过渡；第五步：打磨并清理管座角焊缝探伤面，并进行100%无损探伤检查；第六步：探伤合格后，进行焊后热处理；第七步：打磨或抛光管座角焊缝，进行100%无损探伤复查。本发明整个工艺过程简单，便于生产实施，应用效果良好，有效解决了厚壁12Cr1MoV集箱管座角焊缝再热裂纹的问题，确保了产品的生产周期和质量，减少经济损失。

Description

一种管座角焊缝再热裂纹预防方法

技术领域

本发明涉及一种管座角焊缝再热裂纹预防方法，具体涉及一种用于锅炉以及压力容器等产品筒体与管座或接管角焊缝再热裂纹的预防，属于焊接技术领域。

背景技术

锅炉锅筒、集箱以及压力容器等产品，其结构特点为筒身上布置有大量的不同直径和壁厚的管座，这些管座与筒体均采用焊接的连接形式。由于筒体直径大，管座数量多、壁厚较厚等特点，焊接时拘束度大，焊后残余应力较大。同时，由于管座与筒体角焊缝焊趾处容易产生应力集中，因此，如果控制不当，容易产生各种焊接缺陷，对于某些含有沉淀强化元素的钢种和高温合金，如高强结构钢、珠光体耐热钢、部分奥氏体不锈钢以及高温合金等材料，再热裂纹便是一种常见的焊接缺陷。再热裂纹是焊接接头在进行消除应力热处理或在一定的温度下服役而产生的一种裂纹，是在热处理过程中或热处理后出现，不易发现，而且返修后热处理又会产生新的裂纹，因此，修复十分困难。

目前，市场使用的600MW以及1000MW锅炉厚壁12Cr1MoV材质集箱，在热处理后磁粉检查时发现集箱与管座角焊缝筒身侧焊趾存在裂纹，经过取样分析并结合裂纹发现的时机以及产生部位，判定裂纹性质为再热裂纹。

根据再热裂纹的产生机理，得出以下结论：再热裂纹的产生与材料本身化学成分、金相组织、晶粒度、力学性能有较大的关系，跟焊件的结构以及焊接和热处理工艺也有一定的关系。但对已发现裂纹的集箱产品，由于材料和结构都无法改变，只能从工艺上考虑预防措施。理论分析以及实践经验表明，焊接方法、焊接材料、预热及后热、焊接规范以及热处理工艺等工艺因素对再热裂纹有较大的影响，根据以上几个方面并结合产品实际情况制定预防和控制措施，但开裂产品返修结果表明，这些传统的再热裂纹预防措施和手段无法有效预防厚壁12Cr1MoV材质集箱管座角焊缝再热裂纹的产生，产品面临大量报废的局面，造成极大的浪费。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种管座角焊缝再热裂纹预防方法 ，在产品进行热处理或者返修后进行热处理之前，对管座角焊缝焊趾进行压道施焊，再通过打磨或机械方式去除压道焊道，改善焊缝的外观成形，使焊缝热影响区远离焊趾凸变区，避免在热影响区产生应力集中，同时，改变原焊缝热影响区的形状和残余应力的分布，从而达到了有效预防和修复集箱管座角焊缝再热裂纹的目的。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种管座角焊缝再热裂纹预防方法，依次按照以下步骤进行：

第一步：安装并焊妥管座角焊缝；

第二步：打磨清理管座角焊缝并修磨焊趾处；

第三步：施焊管座角焊缝焊趾压道焊道，压道焊道的焊接方法为手工钨极氩弧焊或焊条电弧焊；

第四步：打磨或机加工去除焊趾压道焊道，并使焊缝金属与筒身圆滑过渡；

第五步：打磨并清理管座角焊缝探伤面，并进行100%无损探伤检查；

第六步：探伤合格后，进行焊后热处理；

第七步：打磨或抛光管座角焊缝，进行100%无损探伤复查。

作为一种优选方式，所述步骤三中，施焊压道焊缝时，首先测量预热温度，如果预热温度不够，则先进行预热，到温后再进行施焊；压道焊道应沿原管座角焊缝焊趾进行，焊缝不能太凸，并确保压道焊道与原焊缝金属和母材平滑过渡。

作为一种优选方式，所述步骤三中，压道焊道采用手工钨极氩弧焊时，焊丝规格为φ2.4或者φ2.5，焊接电流为70-110A，焊接电压为12-18V，电源极性为直流正接，保护气体为Ar，流量为5-10 L/min。

作为一种优选方式，所述步骤三中，压道焊道采用焊条电弧焊时：当管座外径小于或等于76mm时，其焊条规格为φ2.5，焊接电流为60-90A，焊接电压为20-24V，电源极性为直流反接；当管座外径大于76mm时，其焊条规格为φ3.2，焊接电流为90-130A，焊接电压为22-26V，电源极性为直流反接。

作为进一步优选，所述步骤三中，对管座外径小于或等于76mm的管座，施焊1-2道压道焊道；对管座外径大于76mm的管座，施焊2-3道压道焊道。

作为一种优选方式，所述步骤三中，施焊压道焊道所用焊接材料与管座角焊缝焊接材料一致，或者选用与两侧母材匹配的高韧性焊接材料。

作为一种优选方式，所述步骤四中，对管座外径小于或等于76mm的管座，打磨或机加工去除压道焊道，并与母材和原焊缝金属圆滑过渡；对管座外径大于76mm的管座，打磨或机加工去除1道或2道压道焊道，修磨剩余压道焊缝呈凹形，并与母材及焊缝金属圆滑过渡。

作为一种优选方式，所述步骤六中，可对单个管座进行局部热处理，或者待整体焊接完成后进行整体热处理。

作为一种优选方式，所述步骤一中，对于已发现再热裂纹的管座角焊缝，按返修工艺消除缺陷并补焊妥。

作为一种优选方式，所述步骤一具体依次按照以下步骤进行：

1）、安装管座；

2）、清理焊接区域及周围20mm范围呈金属光泽；

3）、预热焊接区域及周围4倍筒身壁厚范围内到预热温度，并且保证焊接过程中层间温度控制在要求的范围内；

4）、焊妥管座角焊缝。

本发明的实现原理为：

在产品进行热处理之前，对管座角焊缝焊趾施焊压道焊缝，再通过打磨或机械方式去除压道焊道，改善焊缝的外观成形，使焊缝热影响区远离焊趾凸变区，避免在热影响区产生应力集中，同时，改变了原焊缝热影响区的形状和残余应力的分布，从而达到有效预防和修复集箱管座角焊缝再热裂纹的目的。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明管座角焊缝再热裂纹预防方法，其整个工艺过程简单，便于生产实施，应用效果良好，有效的解决了管座角焊缝再热裂纹的问题，确保了产品的生产周期和质量，降低了由于返修或报废而引起的人力、财力和物力等生产制造成本，减少了经济损失。

附图说明

图1是本发明管座外径小于或等于76mm时应用实例1的结构示意图；

图2为图1去除压道焊道后的示意图；

图3是本发明应用实例1的焊后热处理曲线；

图4是本发明管座外径大于76mm时应用实例2的结构示意图；

图5是图4去除压道焊道后的示意图。

图1中：小管座-1，  集箱筒身-2， 焊条电弧焊施焊打底层-101，  焊条电弧焊施焊填充层-102，  焊条电弧焊施焊盖面层-103， 管座角焊缝焊趾处施焊压道焊道-104；

图2中： 去除压道焊道后的焊趾形貌-105；

图4中：集箱筒身-2，  大管座-3，  手工钨极氩弧焊打底层-201，  焊条电弧焊填充层-202，  焊条电弧焊盖面层-203，  第一道压道焊道焊接-204，  第二道压道焊道焊接-205，  第三道压道焊道焊接-206；

图5中：去除压道焊道后的焊趾形貌-207。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

本发明管座角焊缝再热裂纹预防方法，依次按照以下步骤进行：

第一步：安装并焊妥管座角焊缝，对于已发现再热裂纹的管座角焊缝，按返修工艺消除缺陷并补焊妥；具体依次按照以下步骤进行：

1）、按预先设计的图纸要求安装管座；

2）、清理焊接区域及周围20mm范围呈金属光泽；

3）、预热焊接区域及周围4倍筒身壁厚范围内到指定的预热温度，并且保证焊接过程中层间温度控制在要求的范围内；

4）、焊妥管座角焊缝。

第二步：打磨清理管座角焊缝并修磨焊趾处，以利于施焊。

第三步：施焊管座角焊缝焊趾压道焊道，首先测量预热温度，如果预热温度不够，则先进行预热，到温后再进行施焊；压道焊道时，沿原管座角焊缝焊趾进行，焊缝不能太凸，并确保压道焊道与原焊缝金属和母材平滑过渡。压道焊道的焊接方法为手工钨极氩弧焊或焊条电弧焊；压道焊道采用手工钨极氩弧焊时，焊丝规格为φ2.4或者φ2.5，焊接电流为70-110A，焊接电压为12-18V，电源极性为直流正接，保护气体为Ar，流量为5-10 L/min；压道焊道采用焊条电弧焊时，当管座外径小于或等于76mm时，其焊条规格为φ2.5，焊接电流为60-90A，焊接电压为20-24V，电源极性为直流反接；压道焊道采用焊条电弧焊时，当管座外径大于76mm时，其焊条规格为φ3.2，焊接电流为90-130A，焊接电压为22-26V，电源极性为直流反接。对管座外径小于或等于76mm的管座，施焊1-2道压道焊道；对管座外径大于76mm的管座，施焊2-3道压道焊道。另外，施焊压道焊道所用焊接材料与管座角焊缝焊接材料一致，或者选用与两侧母材匹配的高韧性焊接材料。

第四步：打磨或机加工去除焊趾压道焊道，并使焊缝金属与筒身圆滑过渡；对管座外径小于或等于76mm的管座，打磨或机加工去除压道焊道，并与母材和原焊缝金属圆滑过渡；对管座外径大于76mm的管座，打磨或机加工去除1道或2道压道焊道，修磨第1道压道焊缝呈凹形，并与母材及焊缝金属圆滑过渡。

第五步：打磨并清理管座角焊缝探伤面，并进行100%无损探伤检查。

第六步：探伤合格后，进行焊后热处理；对单个管座进行局部热处理，或者待整体焊接完成后进行整体热处理。

第七步：打磨或抛光管座角焊缝，进行100%无损探伤复查。

目前，厚壁12Cr1MoV材质集箱，热处理后管座角焊缝发现了大量的再热裂纹。通过试验验证发现，所采用的厚壁、大口径12Cr1MoVG管再热裂纹敏感性较大，采用传统的再热裂纹预防措施和手段无法有效预防管座角焊缝再热裂纹的产生。

对上述再热裂纹敏感性较大的厚壁、大口径12Cr1MoVG管，采用本发明所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，通过试验验证，能够有效预防再热裂纹的产生。

其具体实施实例如下：

实施例1：当管座外径小于或等于76mm时的应用实例。

某工程高温过热器进口集箱，集箱筒身材质为12Cr1MoVG，规格为φ635×118mm，集箱筒身上布置有材质为12Cr1MoVG、规格为φ57×8mm的带管接头的管座384个。

管座角焊缝的焊接过程如下：

（1）     按传统工艺过程及要求装焊妥管座角焊缝；具体步骤如下：

1）、清理焊接区域及周围20mm范围呈金属光泽；

2）、预热焊接区域及周围400mm范围内到200～250℃，并且保证焊接过程中层间温度为200～350℃；

3）如图1所示，焊条电弧焊采用牌号为E5515-B2-V的焊条，焊接规范如表一所示，按要求焊妥管座角焊缝。具体步骤为：首先，在小管座1和集箱筒身2之间选用直径为φ3.2mm的焊条采用焊条电弧焊施焊打底层101，然后选用直径为φ5.0mm的焊条采用焊条电弧焊施焊填充层102，再选用直径为φ4.0mm的焊条采用焊条电弧焊施焊盖面层103。

表一：手工钨极氩弧焊焊材H05CrMoVTiReA（或TIG-R31）以及焊条电弧焊焊材E5515-B2-V的焊接规范。

（2）        打磨清理管座角焊缝并修磨焊趾处，以利于施焊。

（3）        如图1所示，管座角焊缝焊趾处施焊压道焊道104：焊条仍然采用牌号为E5515-B2-V、直径为φ2.5的焊条，按要求施焊压道焊道，焊接规范见表一。

（4）        如图2所示，打磨或机加工去除焊趾压道焊道：得到去除压道焊道后的焊趾形貌105，采用砂轮和锥形铰刀按要求打磨去除压道焊道，并使焊缝金属与筒身圆滑过渡。

（5）        管座角焊缝探伤检查：采用砂轮或锥形铰刀打磨管座角焊缝探伤面，并进行100%MT探伤检查。

（6）        焊后热处理：重复以上（1）-（5）工序焊妥所有管座角焊缝，并探伤检查合格后，按附图3热处理曲线进行焊后热处理。

（7）        热处理后，打磨或抛光管座角焊缝，进行100%MT探伤复查。

实施例2：当管座外径大于76mm时的应用实例。

某工程屏过进口混合集箱，集箱筒身的材质为12Cr1MoVG，规格为φ571.5×95mm，筒体上布置有材质为12Cr1MoVG、规格为φ325×70mm的管座为10个。

管座角焊缝的焊接过程如下：

（1）     按正常工艺过程及要求装焊妥管座角焊缝，具体为以下步骤：

1）清理焊接区域及周围20mm范围呈金属光泽；

2）预热焊接区域及周围400mm范围内到200～250℃，并且保证焊接过程中层间温度为200～350℃；

3）如图4所示，采用手工钨极氩弧焊打底，焊丝选用的焊材牌号为H05CrMoVTiReA或TIG-R31，再采用焊条电弧焊填充、盖面以及施焊压道焊道，选用的焊材牌号为E5515-B2-V，焊接规范见表一。具体焊接过程为：首先对大管座3和集箱筒身2的焊缝处焊接手工钨极氩弧焊打底层201，然后进行焊条直径为φ3.2mm和φ5.0mm的焊条电弧焊填充层202，再在填充层202上进行φ4.0mm的手工焊盖面层203。

（2）     打磨清理管座角焊缝并修磨焊趾处，以利于施焊。

（3）     如图4所示，管座角焊缝焊趾处施焊压道焊道，焊条电弧焊焊条为E5515-B2-V，焊条直径为φ3.2mm，焊接规范见表一。具体焊接过程为：在焊条电弧焊盖面层203外依次进行φ3.2mm的第一道压道焊道焊接204、φ3.2mm的第二道压道焊道焊接205和φ3.2mm第三道压道焊道焊接206。

（4）     如图5所示，打磨或机加工去除焊趾压道焊道，得到去除压道焊道后的焊趾形貌207，采用砂轮和锥形铰刀按要求打磨去除压道焊道，并使焊缝金属与筒身圆滑过渡。

（5）     管座角焊缝探伤检查：采用砂轮或锥形铰刀打磨管座角焊缝探伤面，并进行100%UT+100%MT探伤检查。

（6）     焊后热处理：重复以上（1）-（5）工序焊妥所有管座角焊缝，并探伤检查合格后，按图3热处理曲线进行焊后热处理。

（7）     热处理后，打磨或抛光管座角焊缝，进行100%MT探伤复查。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：依次按照以下步骤进行：

第一步：安装并焊妥管座角焊缝；

第二步：打磨清理管座角焊缝并修磨焊趾处；

第三步：施焊管座角焊缝焊趾压道焊道，压道焊道的焊接方法为手工钨极氩弧焊或焊条电弧焊；

压道焊道采用手工钨极氩弧焊焊接时，焊丝规格为φ2.4mm或者φ2.5mm，焊接电流为70-110A，焊接电压为12-18V，电源极性为直流正接，保护气体为Ar，流量为5-10L/min；

压道焊道采用焊条电弧焊焊接时：当管座外径小于或等于76mm时，其焊条规格为φ2.5mm，焊接电流为60-90A，焊接电压为20-24V，电源极性为直流反接；当管座外径大于76mm时，其焊条规格为φ3.2mm，焊接电流为90-130A，焊接电压为22-26V，电源极性为直流反接；

第四步：打磨或机加工去除焊趾压道焊道，并使焊缝金属与筒身圆滑过渡；

第五步：打磨并清理管座角焊缝探伤面，并进行100％无损探伤检查；

第六步：探伤合格后，进行焊后热处理；

第七步：打磨或抛光管座角焊缝，进行100％无损探伤复查。

2.如权利要求1所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：所述第三步中，施焊压道焊道时，首先测量预热温度，如果预热温度不够，则先进行预热，到温后再进行施焊；压道焊道应沿原管座角焊缝焊趾进行，焊缝不能太凸，并确保压道焊道与原焊缝金属和母材平滑过渡。

3.如权利要求1所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：所述第三步中，对管座外径小于或等于76mm的管座，施焊1-2道压道焊道；对管座外径大于76mm的管座，施焊2-3道压道焊道。

4.如权利要求1所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：所述第三步中，施焊压道焊道所用焊接材料与管座角焊缝焊接材料一致，或者选用与两侧母材匹配的高韧性焊接材料。

5.如权利要求1所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：所述第四步中，对管座外径小于或等于76mm的管座，打磨或机加工去除压道焊道，并与母材和原焊缝金属圆滑过渡；对管座外径大于76mm的管座，打磨或机加工去除1道或2道压道焊道，修磨剩余压道焊道呈凹形，并与母材及焊缝金属圆滑过渡。

6.如权利要求1所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：所述第六步中，对单个管座进行局部热处理，或者待整体焊接完成后进行整体热处理。

7.如权利要求1所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：所述第一步中，对于已发现再热裂纹的管座角焊缝，按返修工艺消除缺陷并补焊妥。

8.如权利要求1所述的管座角焊缝再热裂纹预防方法，其特征在于：所述第一步具体依次按照以下步骤进行：

1)、安装管座；

2)、清理焊接区域及周围20mm范围呈金属光泽；

3)、预热焊接区域及周围4倍筒身壁厚范围内到预热温度，并且焊接过程中层间温度控制在要求的范围内；

4)、焊妥管座角焊缝。