CN104209624B - 一种特种接头裂纹修复工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种特种接头裂纹修复工艺方法，属于焊接技术领域。对开裂焊缝进行射线和着色检测；对开裂焊缝热处理区作性能还原；距裂纹端点处钻止裂孔；扩大切割范围，对裂纹一次性彻底清除，裂纹切割母材热影响区保持一定的温度；加工坡口，坡口面再次着色检测；选用的焊材能调整焊缝中的合金元素；采用钨极氩弧焊，小直径焊丝，焊接母材热影响区保持一定的温度；坡口面多层多道进行堆焊；规范的收弧填满弧坑防止弧坑裂纹及其它缺陷的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开；焊枪均匀摆动，保证两边坡口熔合良好，控制层间温度，焊后根据材质对修复部位进行后热处理。

Description

一种特种接头裂纹修复工艺方法

技术领域

本发明涉及一种特种接头裂纹修复工艺方法，属于焊接技术领域。

背景技术

炼油、化工装置具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害的生产特点，特种材质、异种材质、特种设备、特种管道随处可见，经过长期特殊环境的高温连续运行使C、N、H、P、S等有害杂质不断渗入金属,组织成分发生很大变化，工艺性、使用性变差，再经过反复的温度波动，运行过程中应力集中的焊接接头常有裂纹产生。采用原有的修复工艺进行修复有时裂纹蔓延，有时修复部位反复开裂，还有些是经过短期运行产生新的裂纹，影响生产。

现有修复工艺存在的弊病：

1、裂纹定位以后，不做性能还原，修复部位脆性高，塑性、韧性很低，裂纹倾向很大，不论切割、打磨还是焊接都会受温度的影响导致裂纹蔓延或反复开裂。

2、切割前裂纹两端没有钻裂孔，切割时产生的应力无处释放，使裂纹无限蔓延。

3、沿着裂纹反复切割，使原有的裂纹或裂纹源不断蔓延，切割量也不断增加，劳动强度加大。

4、对裂纹切割前不进行预热，切割部位冷却迅速，很容易沿切割线产生新的裂纹。

5、修复时只是选择匹配的焊材，而没有考虑对焊缝中的合金元素进行调整，使运行时渗入母材的C、N、H、P、S等有害杂质熔入焊缝，使焊缝脆性增加，塑性、韧性下降。

6、对坡口直接封底、填充、盖面，应力全部集中在焊接接头性能最薄弱的母材的半熔合区，在外界载荷的作用下很容易产生新的裂纹。

以材质为镍基合金因康洛依800H，的转化炉炉管为例，正常运行温度为830℃，在连续运行30000小时左右，有一焊缝沿中心产生了长度为100mm裂纹，采用上述6个步骤进行修复，切割时裂纹不断蔓延，反复打磨，焊接过程母材多次产生新的裂纹，一次又一次的返修，使操作人员劳动强度不断加大。修复这一道焊口费用高达20000余元，且最终效果没有满足使用要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种特种接头裂纹修复工艺方法。

一种特种接头裂纹修复工艺方法，对开裂焊缝进行射线和着色检测；对开裂焊缝热处理区作性能还原；距裂纹端点处钻止裂孔；扩大切割范围，对裂纹一次性彻底清除，裂纹切割母材热影响区保持一定的温度；加工坡口，坡口面再次着色检测；选用的焊材能调整焊缝中的合金元素；采用钨极氩弧焊，小直径焊丝，焊接母材热影响区保持一定的温度；坡口面多层多道进行堆焊；规范的收弧填满弧坑防止弧坑裂纹及其它缺陷的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开；焊枪均匀摆动，保证两边坡口熔合良好，控制层间温度，焊后根据材质对修复部位进行后热处理。

本发明的优点是对长期在特殊环境高温连续运行或多次温度波动且组织成分发生变化，焊接性、使用性变差的特种材质、异种材质或特种设备、特种管线上的焊接接头所产生的裂纹进行修复，质量好，使用率高，适用范围广，劳动强度小，焊接成本较低。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的裂纹清除结构示意图。

图2为本发明的坡口面堆焊结构示意图。

图3为本发明的封底、填充、盖面结构示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3所示，一种特种接头裂纹修复工艺方法，含有以下步骤，

步骤1、对开裂焊缝B进行射线和着色检测，对裂纹在焊缝内外存在的状态进行准确确认；

步骤2、对开裂焊缝两侧各200mm内（热处理区）C作性能还原，开裂焊缝两侧各200mm内加热到670～780℃，保温2小时后缓慢冷却到室温，作性能还原处理，使经过长期特殊环境的高温连续运行的母材组织、性能逐步还原，脆性降低，塑性、韧性提高；

步骤3、距裂纹D端点20mm处钻Φ6～8mm止裂孔E，裂纹切割时产生的应力可以通过止裂孔逐渐释放，有效防止裂纹的蔓延或产生新的裂纹；

步骤4、扩大切割范围（修复区）F焊缝两侧各8～20mm，对裂纹D一次性彻底清除，有效防止裂纹和裂纹源的遗留，避免反复开裂；裂纹D的切割母材热影响区（热处理区）C温度不低于150℃，减小温差，减小应力，减小裂纹倾向；并加工坡口G角度为50°±2°，给堆焊留下足够的操作空间；坡口面G再次着色检测无裂纹为合格，防止有裂纹和裂纹源的遗留，导致堆焊过程再次开裂；

步骤5、所选用的焊材能调整焊缝中的合金元素，同类珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢修复时，做了性能还原，可以选用匹配的焊材；不做了性能还原，要选用含Ni58～61％、Cr20～23％、Mo2.5～3.5％的镍基焊材；珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢、低合金钢与奥氏体不锈钢修复时，做了性能还原，可以选用含Ni22～27％、Cr14～18％、Mo5.0～7.0％的奥氏体不锈钢焊材，不做了性能还原，要选用含Ni58～61％、Cr20～23％、Mo8.0～10％、Nb3.1～4.4％的镍基焊材；珠光体耐热钢与低合金钢等异种接头修复时要选用含Mn1～2％的结构钢焊材或含Cr25～28％、Ni20～22％的奥氏体不锈钢焊材；镍基合金修复时要选用Ni53～59％、Cr20～23％、Co8.0～12％、Mo6～9％的镍基焊材；以便细化晶粒，稳定基体，且膨胀、冷收缩系数小，焊后残余应力小，有效补充有意合金元素，改善工艺性和实用性；

步骤6、采用钨极氩弧焊，小直径焊丝（Φ2.4mm），焊接电流（100～120A）进行焊接，温度集中熔深大，热影响区小，减小焊接应力防止裂纹倾向；焊接母材热影响区（热处理区）C温度不低于150℃，减小温差，减小应力，减小裂纹倾向；由下至上，由外到内，多层多道进行堆焊H，厚度为6～9mm,改变裂纹修复时的应力分布状态，堆焊应力从坡口间隙释放，封底、填充、盖面时，应力集中的薄弱区从母材转移到堆焊层，抗裂性大大提高；规范的收弧填满弧坑，防止弧坑裂纹及其它缺陷的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开，防止接头缺陷集中，影响修复质量；

步骤7、堆焊H完成以后，内部充氩气；防止内部氧化使焊缝性能下降；采用相同的焊丝、电流进行封底I、填充J、盖面K，温度集中熔深大，热影响区小，减小焊接应力防止裂纹倾向；焊枪均匀摆动，保证两边坡口熔合良好，适当控制层间温度20(100～150°C)避免产生过热、过烧组织；规范的收弧填满弧坑防止弧坑裂纹及其它缺陷的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开，防止接头缺陷集中，影响修复质量；

步骤8、焊后根据材质对修复部位（热处理区）C进行后热处理21；铬钼钢与奥氏体不锈钢接头修复后只做180～380°C的消氢处理；低合金钢与奥氏体不锈钢接头修复后不做热处理；铬钼钢与低合金钢异种接头修复后根据铬钼钢的热处理要求进行550～680°C的消除应力处理；镍基合金接头修复后只做180～380°C的消氢处理；

步骤9、48小时以后进行射线检测，Ι级合格；确认内部质量，防止产生延迟裂纹；着色检测，Ι级合格；确认外观质量；设计压力1.25倍的水压试验。

实施例2：如图1、图2、图3所示，一种特种接头裂纹修复工艺方法，对长期在特殊环境高温连续运行或多次温度波动且组织成分发生变化，焊接性、使用性变差的特种材质、异种材质或特种设备、特种管线上的焊接接头所产生的裂纹进行修复。主要是经过射线和着色检测；对开裂焊缝两侧各200mm内作性能还原；裂纹端点处钻止裂孔；对裂纹一次性彻底清除；裂纹切割、焊接时母材热影响区温度不低于150℃；调整焊缝中的合金元素；通过堆焊改变裂纹修复时的应力分布状态；焊后根据材质进行后热处理；48小时后进行射线检测等多个操作步骤，对其进行焊接修复，防止裂纹扩展，使获得优质焊缝，降低焊接修复成本的一种特殊工艺。

一种特种接头裂纹修复工艺方法，包括以下步骤，

1、对开裂焊缝B进行射线和着色检测；

2、对开裂焊缝两侧各200mm的内（热处理区）C作性能还原；

3、距裂纹D端点20mm处钻Φ6～8mm止裂孔E；

4、扩大切割范围（修复区）F焊缝两侧各12～20mm，对裂纹D一次性彻底清除，裂纹D的切割母材热影响区（热处理区）C温度不低于150℃；并加工坡口G角度为50°±2°，坡口面G再次着色检测无裂纹为合格；

5、所选用的焊材既能调整焊缝中的合金元素，细化晶粒，稳定基体，又要膨胀、冷收缩系数小，焊后残余应力小；

6、采用钨极氩弧焊，小直径焊丝（Φ2.4mm），焊接电流（100～120A）进行焊接，焊接母材热影响区（热处理区）C温度不低于150℃，由下至上，由外到内，多层多道进行堆焊H，厚度为6～9mm；规范的收弧填满弧坑防止弧坑裂纹及其它缺陷的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开，通过堆焊H厚度为6～9mm,改变裂纹修复时的应力分布状态；

7、堆焊H完成以后，内部充氩气；采用小直径焊丝（Φ2.4mm），焊接电流（100～120A）进行封底I、填充J、盖面K，焊枪均匀摆动，保证两边坡口熔合良好，控制层间温度20(100～150°C)，规范的收弧填满弧坑防止弧坑裂纹及其它缺陷的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开；

8、焊后根据材质对修复部位（热处理区）C进行后热处理；

9、48小时以后进行射线检测，Ι级合格；着色检测，Ι级合格；设计压力1.25倍的水压试验无泄漏。

以上的步骤形成完整的特种接头裂纹修复工艺方法，认真做好每一步就可以获得特种接头裂纹修复优质焊缝。

一种特种接头裂纹修复工艺方法,是根据灰口铸铁、高合金钢、异种钢及其金属堆焊的相关参考资料，结合炼、化装置的生产特点以及近几年特种接头裂纹的修复情况进行改进设计的新工艺。

与现有特种接头裂纹修复工艺相比，作了性能还原母材的脆性降低，塑性、韧性明显提高；裂纹端点处钻止裂孔，切割应力有了释放的空间；扩大切割范围对裂纹一次性彻底清除，有效防止裂纹和裂纹源的遗留；裂纹切割、焊接时母材热影响区温度不低于150℃，减小温差，减小裂纹倾向；调整焊缝中的合金元素，既可以细化晶粒稳定基体，又膨胀、冷收缩系数小，焊后残余应力小；进一步降低脆性，提高塑性、韧性；通过堆焊改变裂纹修复时的应力分布状态，堆焊应力从坡口间隙释放，封底、填充、盖面时，应力集中的薄弱区从母材转移到堆焊层，抗裂性大大提高；焊后根据材质进行后热处理，既可以消除应力又可以稳定基体，还可以起到消氢作用。

以材质为镍基合金因康洛依800H，273mm×25mm的转化炉炉管为例，采用该工艺对长度为100mm的焊缝裂纹进行修复，有效降低劳动强度，仅用费用8000元左右。

经过对修复焊口进行检测，射线检测合格，着色检测合格,设计压力1.25倍的水压试验无泄漏。经过对运行36个月的焊口再次检测,仍然没有任何缺陷,设计压力1.25倍的水压再次试验仍无泄漏.

实施例3：

以某甲醇装置转化炉炉管为例，材质为镍基合金因康洛依800H，所输送介质主要成分是80％的氢气，正常运行温度为830℃，在连续运行30000小时左右，冷壁管道与炉管接口焊缝立位沿中心产生了长度为100mm裂纹。为了保证生产，参考相关资料，结合实际经验，采用两种方法对其进行现场维修。

现有特种接头裂纹修复工艺存在的问题：

裂纹定位立即切割，切穿以后磨好坡口，进行着色检测，发现裂纹仍然存在，而且比原有裂纹更加复杂，长度也有所增加。再次切割，再次检测裂纹还是存在，对其进行分析：

母材（因康洛依800H）经过长期的高温运行，内外表面存在着严重氧化现象，介质中氢气不断渗入，脆性增加，塑性、韧性降低，裂纹倾向很大。

切割前裂纹两端没有钻裂孔，切割时产生的应力无处释放，使裂纹无限蔓延。

沿着裂纹反复切割，使原有的裂纹或裂纹源不断蔓延。

对裂纹切割前没有进行预热，切割部位冷却迅速，产生了新的裂纹。

该次打磨虽然裂纹没有彻底清除，但是由于炉管厚度大，材质又是镍基合金因康洛依800H，打磨难度极大，4名管工2天的作业时间，大约花费1200元的费用。

特种接头裂纹新型修复工艺进行修复，

①对开裂焊缝进行射线和着色检测，确定裂纹已经穿透焊缝，分布状态与表面相同，都是直线裂纹，没有分支。

②焊缝两侧各200mm的内加热到740℃，保温2小时后，空气中冷却到室温，作性能还原；

③距裂纹端点20mm处钻了Φ=7.5mm止裂孔，防止裂纹扩散，释放切割裂纹过程中产生的应力；

④沿焊缝两侧各18mm处进行切割，对裂纹一次性彻底清除，切割时母材热影响区温度在160℃；并加工坡口角度为52°，坡口面再次着色检测没有裂纹；

⑤选用含Ni53～59％、Cr20～23％、Co8.0～12％、Mo6～9％的镍基焊材（NiCrCoMo-3），调整焊缝中的合金元素，细化晶粒，稳定基体，Ni、Co具有一定的含量，膨胀、冷收缩系数小，焊后残余应力小，改善了接头的工艺性和实用性；

6、采用钨极氩弧焊，Φ2.4mm的焊丝，焊接电流115A进行焊接，熔深大热影响区小，焊接时热影响区温度控制在160℃左右，由下至上，由内到外，多层多道进行堆焊，厚度为7mm；规范的收弧填满弧坑没有出现任何缺陷，但对每一个接头还是进行了打磨，保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开10mm左右，通过堆焊改变了裂纹修复时的应力分布状态；

7、堆焊完成以后，内部充了氩气，并采用Φ2.4mm焊丝，焊接电流120A进行封底、填充、盖面，焊枪均匀摆动，保证两边坡口熔合良好，层间温度控制在150°C左右，规范的收弧填满弧坑，对每一个接头进行打磨保证了接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开10mm左右；

8、焊后对修复部位进行300°C左右的消氢处理；

9、48小时以后进行射线检测，Ι级合格；着色检测，Ι级合格；设计压力1.25倍的水压试验没有泄漏。

该次焊缝裂纹修复，仅用了2天的作业时间，总费用7800元左右，劳动强度很小。修复后的接头经过36个月的连续运行，对焊口再次检测,仍然没有任何缺陷,再次水压试验仍无泄漏。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种特种接头裂纹修复工艺方法，其特征在于含有以下步骤，对开裂焊缝进行射线和着色检测；对开裂焊缝热处理区作性能还原；距裂纹端点处钻止裂孔；扩大切割范围，对裂纹一次性彻底清除，裂纹切割母材热影响区保持一定的温度；加工坡口，坡口面再次着色检测；选用的焊材能调整焊缝中的合金元素；采用钨极氩弧焊，小直径焊丝，焊接母材热影响区保持一定的温度；坡口面多层多道进行堆焊；规范的收弧填满弧坑防止弧坑裂纹的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开；焊枪均匀摆动，保证两边坡口熔合良好，控制层间温度，焊后根据材质对修复部位进行后热处理；

具体的，包含以下步骤：

步骤1、对开裂焊缝(B)进行射线和着色检测，对裂纹在焊缝内外存在的状态进行准确确认；

步骤2、对开裂焊缝两侧各200mm内的热处理区(C)作性能还原，开裂焊缝两侧各200mm内加热到670～780℃，保温2小时后缓慢冷却到室温，作性能还原处理，使经过长期特殊环境的高温连续运行的母材组织、性能逐步还原，脆性降低，塑性、韧性提高；

步骤3、距裂纹(D)端点20mm处钻Φ6～8mm止裂孔(E)，裂纹切割时产生的应力通过止裂孔逐渐释放，有效防止裂纹的蔓延或产生新的裂纹；

步骤4、扩大切割范围至修复区(F)焊缝两侧各8～20mm，对裂纹(D)一次性彻底清除，有效防止裂纹和裂纹源的遗留，避免反复开裂；裂纹(D)的切割母材的热处理区(C)温度不低于150℃，减小温差，减小应力，减小裂纹倾向；并加工坡口(G)角度为50°±2°，给堆焊留下足够的操作空间；坡口面(G)再次着色检测无裂纹为合格，防止有裂纹和裂纹源的遗留，导致堆焊过程再次开裂；

步骤5、所选用的焊材能调整焊缝中的合金元素，同类珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢修复时，做了性能还原，选用匹配的焊材；未做性能还原，要选用含Ni58～61％、Cr20～23％、Mo2.5～3.5％的镍基焊材；珠光体耐热钢与奥氏体不锈钢、低合金钢与奥氏体不锈钢修复时，做了性能还原，选用含Ni22～27％、Cr14～18％、Mo5.0～7.0％的奥氏体不锈钢焊材，未做性能还原，要选用含Ni58～61％、Cr20～23％、Mo8.0～10％、Nb3.1～4.4％的镍基焊材；珠光体耐热钢与低合金钢异种接头修复时要选用含Mn1～2％的结构钢焊材或含Cr25～28％、Ni20～22％的奥氏体不锈钢焊材；镍基合金修复时要选用Ni53～59％、Cr20～23％、Co8.0～12％、Mo6～9％的镍基焊材；以便细化晶粒，稳定基体，且膨胀、冷收缩系数小，焊后残余应力小，有效补充有益合金元素，改善工艺性和实用性；

步骤6、采用钨极氩弧焊，直径为Φ2.4mm的小直径焊丝，焊接电流为100～120A进行焊接，温度集中熔深大，热影响区小，减小焊接应力防止裂纹倾向；焊接母材的热处理区(C)温度不低于150℃，减小温差，减小应力，减小裂纹倾向；由下至上，由外到内，多层多道进行堆焊(H)，厚度为6～9mm,改变裂纹修复时的应力分布状态，堆焊应力从坡口间隙释放，封底、填充、盖面时，应力集中的薄弱区从母材转移到堆焊层，抗裂性大大提高；规范的收弧填满弧坑，防止弧坑裂纹的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开，防止接头缺陷集中，影响修复质量；

步骤7、堆焊(H)完成以后，内部充氩气；防止内部氧化使焊缝性能下降；采用相同的焊丝、电流进行封底(I)、填充(J)、盖面(K)，温度集中熔深大，热影响区小，减小焊接应力防止裂纹倾向；焊枪均匀摆动，保证两边坡口熔合良好，适当控制层间温度在100～150℃范围内避免产生过热、过烧组织；规范的收弧填满弧坑防止弧坑裂纹的产生，对每一个接头进行打磨修理保证接头无缺陷熔合良好，层与层之间的接头相互错开，防止接头缺陷集中，影响修复质量；

步骤8、焊后根据材质对修复部位的热处理区(C)进行后热处理；铬钼钢与奥氏体不锈钢接头修复后只做180～380℃的消氢处理；低合金钢与奥氏体不锈钢接头修复后不做热处理、铬钼钢与低合金钢异种接头修复后根据铬钼钢的热处理要求进行550～680℃的消除应力处理；镍基合金接头修复后只做180～380℃的消氢处理；

步骤9、48小时以后进行射线检测，Ι级合格；确认内部质量，防止产生延迟裂纹；着色检测，Ι级合格；确认外观质量；设计压力1.25倍的水压试验。