(身份证：34253119810824XXXX;森松（江苏）重工有限公司上海分公司)
摘要：本文选取两个高压换热器项目为例，基于多年施工管理经验进行高压换热器项目中焊接问题及其解决方案的详细分析，并围绕焊接修复方案编制、焊接材料选用、焊接工艺把控、焊接质量检验等层面，探讨了关于高压换热器密封接头焊接修复的具体策略，以期为同类项目的施工管理与质量把控工作提供参考。
关键词：高压换热器；密封接头；焊接修复
引言：高压换热器是石化装置中的重要传热设备，换热器的介质多具有易燃易爆性质，对于操作温度与压力等指标提出了较高要求。密封接头是影响换热器性能与可靠性的关键部件结构，倘若其焊缝结构出现裂纹，极有可能引发泄漏、爆炸等事故，因此需强化对焊接修复方案与工艺技术的研究，保障装置的安全运行。
1高压换热器项目中存在的焊接问题与解决分析
1.1焊接工艺选择问题
在项目工期紧、焊接工作量大的情况下，焊接工艺的选取成为项目施工面临的首要问题。对此可采用埋弧焊工艺进行高压换热器内部加强圈、外支座垫板等部位的焊接处理，结合焊接接头特点弯制角焊缝专用枪头，可使角焊缝的焊接效率提高至5倍以上，有效节约人工成本与工期投入，并且配合自动焊工艺进行主体焊缝施工，可进一步保障焊缝成型的美观性。
1.2焊缝收弧处有泛渣和脏物
针对焊接304B7和304L时在收弧处出现泛渣、脏物等影响焊缝质量的问题，需通过原材料分析进行解决。对此拟针对304B7材料的化学成分进行分析，从中检测出存在质量分数为1.75～2.25的硼，过量的硼在焊接时将形成低熔点的共晶杂质，由此产生表面泛渣、脏物等质量问题。为解决该问题，可采用脉冲氩弧焊工艺，配合少量添丝、偏向304L一侧等方法保障焊缝处的质量[1]。
1.3角焊缝焊脚高度问题
通常焊工在焊接角焊缝时倾向于遵循保守性原则，关注焊脚高度的下限值、忽略上限值，以符合图纸要求、成型美观作为施工目标，且检验人员缺乏完备的检验工具，现有焊缝尺仅能测量15mm的焊脚。针对此问题，拟对照项目焊脚制作标准检验尺，将应用标准检验尺后的效果进行比较可以发现，在焊脚高度为6mm、8mm、10mm三种情况下对应的焊材用量分别为1kg、1.77kg和2.77kg，可大幅减少角焊缝的药芯焊丝用量，保障焊接施工效益。
2高压换热器密封接头焊接修复的具体策略设计
2.1某管道制作项目实例
2.1.1项目概况
该项目选用特材管道，管道材料为AISI4130，此类材料要求在-30°C温度条件下最小韧性值为42J，对于焊接工艺提出了较高要求，需完成焊接前预热、焊接过程中控制线能量与热输入、焊后热处理，采用集中焊接、集中热处理工艺提高产能与效率。
2.1.2焊接方案设计
考虑到本工程项目涉及到大量现场焊接施工量，因此选用GTAW打底、SMAW进行填充盖面焊方法，由于该管道的厚度达到22-31.75mm，因此焊接坡口选用双V组合，采用搭桥定位与GTAW焊接方法进行定位焊，将坡口角度设为60±5°，坡口间隙设为1-3mm、钝边为0-2mm；在装配环节应将预热温度控制在正式焊接工艺的50°C以上，避免因预热温度不足造成母材裂纹等问题。
2.1.3焊接材料与工艺要求
综合考虑焊接接头性能、屈服强度、抗拉强度、冲击韧性、硬度及工艺裕度等因素，选用瑞典T Union GT Ni1、ATOM ARC作为焊接材料，针对GTAW的焊接保护气体选用纯氩，并且在根部焊道焊接环节在管道内部充氩进行保护。基于国际焊接协会与AWS推荐的碳当量计算方法，可计算出其母材的碳当量为0.53-0.76%，对于焊接工艺的要求较高。在焊前需进行预热处理，将预热温度至少控制在160°C以上，将层间温度保持在160-250°C范围内，分别选取与坡口侧相隔一段距离及焊缝边缘位置作为预热温度、层间温度的测试点。在确定焊接热输入量、预热温度、层间温度及焊后热处理工艺后，能够有效优化热影响区、调节焊缝处的微观组织、加快氢的逸出、削弱焊缝所受的拘束应力。倘若焊接热输入量取值过大，将导致热影响区的奥氏体晶粒粗化，影响到密封接头材料的韧性及抗裂性能；倘若热输入量取值过小，易加快其冷却速度，造成冷裂问题[2]。基于此，需依据接头材料的韧性要求适当增大焊接的热输入量，以此延长冷却时间，加快氢的逸出，缓解热影响区的淬硬问题。
2.1.4焊前打磨与焊后热处理
在焊接前，应做好焊接区域的清理工作，采用打磨方式去除焊接部位的油污、铁锈、氧化层等脏物；在采用多层多道焊时，应将各焊道厚度控制在5mm以内、宽度控制在10mm内，确保氩弧焊打底焊层厚度保持在5-8mm范围内。
在焊后热处理环节，拟将热处理温度设为650°C，采用电加热带处理方式，在由室温升至300°C的过程中，不限制升温时间；在由300°C升至650°C过程中，将升温速率控制在每小时222°C以内；待升温至650°C后，保持温度约2.5h；在由650°C降至300°C过程中，将降温速度控制在每小时280°C以内；待降温至300°C以下后，采用断电的方式使其自然冷却至室温。
2.2某天然气处理项目
2.2.1项目概况
以某重工公司承接的天然气处理项目为例，该项目中包含1台100万t/年的加氢裂化装置，其中的高压加氢换热器承担着原料油与反应生成油间的热量交换功能，以油气为介质、具有易燃易爆特点，且常年处于高温、高压、临氢的运行环境下，导致换热器的密封接头出现裂纹，进而引发泄漏问题。基于此，该公司以密封接头裂纹的焊接修复作为施工任务，致力于通过焊接修复处理有效延长密封接头使用寿命、保障加氢裂化装置的安全运行。
2.2.2焊接材料选取
通过观察该高压换热器管箱法兰可以发现，其采用平板式焊接密封结构，管箱法兰与盖板选用16Mo5材料制成，在法兰表面有5mm后的AISI304堆焊层，管程设计压力、设计温度分别为16.9MPa和2752°C，拟针对换热器管箱法兰焊缝区域的裂纹进行修复处理，采用ER NiCrMo-3焊丝、ENiCrMo-3焊条作为焊接材料。
2.2.3焊接修复工艺
由于换热器密封接头的裂纹分布在底下半部，无法采用熔化焊工艺，因此需在将渗漏裂纹堵塞、碾死的基础上配合焊接工艺进行修复处理，选用风錾子将裂纹部位进行打磨清理，在焊口根部位置錾出一个规格为3.2mm的U型坡口，借此将焊口根部碾死，同时将焊条镶入坡口内，利用氩弧焊点焊方式进行焊接处理，电弧不直接熔化根部，满足电弧焊工艺要求。在焊接参数设置上，选取WS7-400逆变式弧焊机进行焊接作业，在手工电弧焊、氩弧焊时分别采用直流反接和直流正接方式，焊条规格为φ3.2mm、焊丝为φ2mm，喷嘴直径为8mm，氩气纯度不小于99.99%，并且在焊接作业前预先以300-350°C的温度将焊条进行60min的烘干处理，做到随取随用。
2.2.4焊前打磨清理
在焊前完成泄漏位置的定位后，需针对密封板、管箱法兰间的角焊缝进行彻底打磨清理，确保与周围金属间保持良好的平滑度，并做好密封板与管箱法兰的防护措施；针对裂纹部位，需以300-350°C的温度进行6-8h的脱氢处理，焊前选取不锈钢丝刷针对坡口两侧表面0.2cm范围内的污物进行彻底清理，杜绝坡口表面处存在缺陷，利用加热器进行局部加热，完成测温点的布置并测温。在焊接前，还应检查点固焊缝的焊接质量，待消除缺陷后安排熟练焊工施焊，并做好刨锤、钢丝刷等工具的检查核对。
2.2.5焊接注意事项
首先，应确保在坡口内完成引弧、收弧等焊接处理，禁止在管壁上进行焊接电流的测试，并且在焊接过程中把控好引弧、收弧处的焊接质量，在收弧时确保填满弧坑。其次，需注意控制好线能量，在确保焊透、熔合情况较好的前提下，应尽量选取较小的电流与电压进行多层、多道快速焊，借此减小线能量输入，同时注意将层间接头进行错开设置，针对各焊缝均至少焊接两层，待完成一层焊接后及时进行层间熔渣等污物的清洁处理，并且针对焊缝处未完全冷却时其热影响区产生的颜色，需及时利用不锈钢刷进行打磨清理，再进行下层的焊接。再次，应严格控制层间温度，确保层间温度不超过60°C，并且尽量延缓冷却速度，避免产生晶间腐蚀及热裂纹等缺陷。接下来，应保障针对各焊缝实行一次连续性焊接，倘若中途停止，需在打磨接头后方可进行再次焊接。最后，还应做好焊接质量的检验，确保角焊缝表面无缺陷、实现100%PT着色，且在缺陷修补完成的12h后进行管程水压试验，待检验合格后将其投入使用[3]。
2.2.6焊接修复效果评价
采用全过程控制与质量跟踪验证方法进行焊接效果的检查，实践结果证明U型坡口可将焊口根部碾死，通过镶嵌焊条、采用氩弧焊点焊工艺进行焊接处理，可有效达成焊接效果，节省施工成本与耗时，解决换热器密封接头裂纹缺陷，收获良好的应用效果及经济效益。
结论：通过汇总高压换热器项目的施工管理经验，可归纳总结出焊接工艺选择、焊缝收弧处清洁度、角焊缝焊脚高度等影响到密封接头焊接质量的重要因素，对此还需围绕焊接工艺制定、焊接材料选用、焊接方法设计等层面落实施工技术管理措施，保障焊接修复的有效性，更好地延长密封结构寿命、保障装置安全运行。
参考文献：
[1]陈罡,曾海云,刘岩,等.加氢精制换热器Ω环与管板焊缝开裂的讨论[J].中国特种设备安全,2018,(8):73-76.
[2]袁亚,韩明刚,张元元,等.换热器壳体与接管焊缝裂纹的原因分析及修复[J].焊接技术,2018,(11):99-101.
[3]王广辰,仙运昌,刘文武,等.换热器管头焊接的质量控制[J].化学工程与装备,2018,(06):195-196.