预加氢反应器的焊接工艺

预加氢反应器的焊接工艺

付正泉

蓝星（杭州）膜工业有限公司浙江杭州31000

摘要：介绍了15CrMoR+S32168不锈复合钢板预加氢反应器的焊接工艺技术。在分析研究的基础上通过采取合理的焊接及热处理工艺，并成功运用于浙江美福石化有限公司40万吨/年DCCC汽油加氢脱硫装置的焊接制造中，取得了良好的效果，不仅保证了产品的各项力学性能，而且不锈钢复层的耐蚀性能也达到技术指标，还为同类产品的焊接积累了宝贵的经验。

关键词：不锈钢复合板；预加氢反应器；焊接工艺；力学性能；耐腐蚀性能

一、前言

预加氢反应器通常是在高温、临氢等苛刻条件下工作，并在含有氢及硫化氢介质中运行，对安全性的要求特别高，该设备的主体材质为15CrMoR+S32168，复合材料的焊接是该设备制造中的重要环节，也是确保其设备整体质量的关键。

二、设备简介

该设备的主体材质为：15CrMoR+S32168；板厚：（24+3）mm；热处理方式：整体焊后热处理；无损检测：100%RT+100%UT（主体焊缝）100%MT+100%PT（其他部件角焊缝）；。

焊接工艺分析：复层材料在焊接热过程中，奥氏体不锈钢能吸收大量的氢，当冷却速度较快时，残留的氢不能逸出，将会引起氢腐蚀、氢脆，在焊接残余应力和腐蚀介质的共同作用下，将会引起硫化物应力腐蚀。因此，需要制定特殊的焊接工艺来保证焊接质量和以后的使用质量。

三、材料的化学成分和力学性能

四、主体材料纵环焊缝的焊接工艺

1.焊接方法

基层采用手工电弧焊打底，埋弧自动焊盖面的焊接方式，过渡层和复层均采用手工电弧焊焊接。

2.坡口形式

根据设计要求，坡口采用剥离复层的X形坡口，坡口的形状和尺寸如下图所示：

选用这种坡口形式的优点在于：采用双面焊接，先用手工电弧焊焊内侧基层，而后埋弧自动焊焊外侧基层，最后手工电弧焊焊接过渡层和复层。以免复层重复受热，而导致产生疲劳裂纹的倾向增大；又减少了复层侧的焊接量。同时复层剥离，又能最大限度地降低基材对复材的稀释程度。

3.焊接工艺程序

3.1坡口及其两侧各20mm范围内进行表面清理，去除油污、水、锈及氧化皮等污物。复层距坡口100mm范围内应涂防飞溅剂。

3.2组对定位焊，并按工艺要求对焊接处进行150～200℃预热。

3.3先用手工电弧焊焊接内侧的基层，焊到离覆层1.5～2.5mm止，背面用碳弧气刨清根后采用埋弧自动焊焊接，焊前也要进行预热，基层焊完后需立即进行消氢处理，温度为300～350℃，保温时间2h，然后将焊缝表面磨平，进行100%MT探伤，合格后，方可堆焊过渡层和覆层。纵缝焊接时，应将过渡层及复层焊缝两端各留50mm不焊，待环缝基层焊接完成后再将纵缝两端焊接成形。

3.4过渡层焊接前也应对焊接处进行150～200℃预热，覆层焊接完成后，需将焊缝磨平后再对整条焊缝进行100%射线探伤。

4.焊接材料的选择

该复合板的焊接接头由基层焊缝、过渡层焊缝、复层焊缝三部分组成。各自应根据其特点及要求选用与之匹配的填充金属。

基层母材为15CrMoR，系低合金耐热钢，属同种材料焊接，焊接性能较好，焊接工艺比较成熟，所以手工电弧焊选用焊条为强度级别相当的R307，该焊条完全可以满足基材强度级别的要求，而且其工艺性好，抗气孔性强。埋弧自动焊选用焊丝为H08CrMoA，焊剂选用SJ101。

过渡层属于异种钢焊接，为了避免焊接时由于基层熔化后对复层不锈钢的稀释作用，以保证熔合区有足够的Cr、Ni含量，特别使Cr含量在12%以上，以赋予熔合区较好的抗晶间腐蚀能力，所以选用线膨胀系数介于基层和复层之间，Cr、Ni含量高的E309L（A062）焊条。

复层母材为S32168，因此选用含稳定元素Nb的A132焊条

5.焊接工艺参数的选择

选择焊接工艺参数遵循的原则是在保证焊透的情况下，尽量采用较小的焊接热输入，以减少焊件过热，避免形成粗大的柱状晶组织，并防止合金元素不必要的烧损。焊接工艺参数见下表

6.焊前预热和焊后热处理

焊前预热和焊后热处理是防止15CrMoR产生焊接冷裂纹的重要工艺措施。焊缝在较大冷却速度条件下，更容易出现淬硬倾向而产生冷裂纹。故采取焊前预热和保持一定层间温度的方法，减缓冷却速度。但预热温度过高，会导致焊接热影响区晶粒组织粗大，造成热影响区的脆化。并且应控制焊接层间温度不低于预热温度。预热温度不可过大或过小，过小起不到应有的作用，过大会使HAZ晶粒粗大，使其脆化。

7.最终整体焊后热处理

最终整体焊后热处理是设备整个制造过程中重要的工序之一。其目的不仅为了消除整体焊接残余应力，结构应力，更为重要的则在于通过焊后热处理提高焊接接头的综合力学性能、高温蠕变强度和组织稳定性，降低焊缝和HAZ的硬度。

五、检测结果

所有主体焊缝焊接完毕24h后经100%RT检测，一次合格率为97.8%，最终热处理后主体焊缝经100%UT检测，一次合格率为100%；产品焊接试板的铁素体含量为5%符合图纸的技术要求，其化学成分、力学性能均符合图纸要求。

六、结论

复合板焊接时，应尽量选用剥离复层的方式，并且一定要将复层剥离干净。且剥离时边缘应离开基层2~3mm的距离。

过渡层和复层焊接时，在保证熔合良好的情况下，采用小电流减少热输入量，控制好线能量，焊条和焊丝尽量不要摆动。

参考文献：

[1]国家能源局承压设备焊接工艺评定2011

[2]国家工业和信息部石油化工不锈钢复合钢焊接工艺规程2010