大型厚壁容器封头焊接质量控制方法探究

大型厚壁容器封头焊接质量控制方法探究

李建江

（中国石油天然气第七建设有限公司  山东  胶州 266300）

摘要：我公司承担的某石化公司260万吨/年芳烃联合装置的吸附塔整体建造任务。该塔下封头在制造初期，焊接后无损检测发现了严重的焊接裂纹，项目施工受到较大阻碍。后经过对缺陷进行分析，多次修改完善焊接工艺，逐步掌握了该类厚板封头焊接技术，按期完成了两台吸附塔的制造任务。

关键词：吸附塔、厚板封头、焊接缺陷

前言

“十三五”期间，国内芳烃装置蓬勃发展，各大炼厂纷纷上马，大部分规模在百万吨以上。芳烃装置以生产对二甲苯为主，是代表一个国家石化水平的标志性技术。产品广泛应用于化纤、轻工、建筑、电子等行业，绝大部分成为聚酯纤维的原料，加工成服装。吸附塔是芳烃的核心设备，质量的优劣直接关系到芳烃装置安全运行及能否产出优质产品。我公司相继研发并掌握了UOP及Axens专利技术的吸附塔制造技术，成为国内第一家同时掌握两个专利技术的设备制造厂家，承揽了国内近五年绝大部分吸附塔的建造业务。但是，吸附塔规格愈来愈大，主体钢板的厚度也在逐步加厚，建造过程中还是时常会出现焊接缺陷，在此选出较为有代表性的问题，希望能与同行专家进行探讨，共同提升焊接质量，提升国产装备的档次及水平。

1. 概述

吸附塔为椭圆形封头，规格：EHA10700×145（min），投料厚度为147mm，材质Q345R（正火），封头的布置结构形式分为两带（第一带16瓣，第二带8瓣）+顶盖，单台焊缝总长度为96.285米，焊材用量为8.019吨。封头无损检测的要求为：100%TOFDⅠ级-B级合格+100%UTⅠ级-B级合格+100%MTⅠ级合格（双面）。

焊接过程：吸附塔的下封头组对完成，:采用煤炉+火焰，预热6小时后,温度达到60~70℃后开始焊接，焊完一条焊缝后无损检测，检测结果：合格率为70%，合格率远低于正常的焊接工艺水平。  

返修过程：发现该问题后项目部组织技术、质量、生产、焊接班长、焊接副班长以及主要焊接人员对存在缺陷问题进行分析原因，同时讨论制定返修措施。返修方案确定后进行技术交底并下发班组。组织人员开始局部气刨、打磨、无损检测、预热等工作，开始局部进行返修焊接，一周后对返修完成的部分焊道进行无损检测，经统计合格率不到90%，还是不能满足工艺要求。 项目部召开第二次焊接返修会议，主要针对返修后的图谱缺陷与返修前的图谱进行对比、分析，并重新修订返修方案，终于在新的工艺方案指导下，焊接合格率达到了100%，满足了项目要求。

2.原因分析

吸附塔下封头焊缝出现的主要缺陷：横向裂纹、纵向裂、夹杂、气孔，缺陷大部分分布在焊缝与母材之间，造成缺陷的主要原因如下：

2.1焊接的预热温度不够，焊接实测温度范围在55~70℃，而后期将预热温度提高到120~150℃时，合格率大幅提升。

2.2焊工的责任心不高，存在层间的飞溅、药皮清除不够彻底，尤其是夜间焊接施工。

2.3天气影响较大，施工期间雨季平繁，前期工装的投入力度不足，在焊接过程中雨水侵入这是导致焊接缺陷的关键因素。

2.4封头厂家加工坡口时存在补焊缺陷，应增加瓜瓣坡口100%MT或PT的复探检测。

2.5由于工期紧张，需要的焊接人员较多，施工期间人员的流动性较大，忽略了对焊工人员的技能模拟考试。

3.处理方案及过程

3.1TOFD检测完成后，由检测单位明确缺陷所在位置、长度、深度（注明内、外侧），并通知技术、质检、焊接班长进行查看图谱并分析缺陷。当进行第二次返修时，需将原始图谱与一次返修的图谱进行对比分析，并找出返修不合格原因。

3.2TOFD检测结束后UT进行定位，并通知技术、质检、焊接班长现场跟踪见证，气刨时必须将缺陷完全清除，气刨的深度至少要超过缺陷深度以下10mm，长度方向按照完全清除缺陷后再延长30~50mm的原则，宽度方向需将焊缝、热影响区完全气刨清除。

3.3气刨的方向应根据缺陷存在的深度来定，内侧为0mm基准时，外侧为147mm，当缺陷深度大于90mm时建议从外侧气刨。

3.4气刨完成后打磨处理合格进行报检，检查气刨长度、深度，并PT见证。

3.5补焊指定由经历过厚壁返修的熟练焊工进行补焊。

3.6补焊前采用电加热片进行预热，温度不得低于150℃，预热温度由专人检测，技术、质检人员过程抽查监控。

3.7焊接时严格按照如下表1~2参数执行，焊缝宽度不得大于13mm，层间温度控制在150~250℃，尤其是层间的飞溅、药皮、夹渣等物必须清除干净。

参数1

参数2

3.8返修完成后立即进行后热，后热温度为250℃~350℃，后热时间不少于90min，保温被覆盖自然冷却。

3.9提前做好防雨、防风准备，采用脚手架搭设框架，顶部和侧面铺设防火篷，来雨时相互提醒做好防备，过程中减少焊接的停歇时间。

3.10焊后48小时以后检测，检测的方法：100%TOFD检测Ⅰ级-B级合格+100%UT检测Ⅰ级-B级合格+100%MT检测Ⅰ级合格，执行NB/T47013.10-2015 Ⅰ级合格。

4.防范措施

4.1进行第两次返修的焊缝，返修前返修工艺须经技术经理批准，对于两次以上返修焊缝要全程重点实时监控，返修次数、部位和返修情况严格做好记录并存档；

4.2指定采用四川大西洋厂家供货；

4.3禁止使用药芯焊丝焊接；

4.4对电加热预热片进行检查，发现不达标的立即进更换；

4.5严格执行返修工艺。

参考文献：

[1]陈裕川 焊接工艺设计及与实例分析，北京：机械工业出版社，2010；

[2]曾乐主编，现代焊接技术手册，上海：上海科学技术出版社，1993；

[3]张彦华，焊接结构设计及应用，北京：化学工业出版社，2009；

[4] GB/T 150.1～150.4-2011  压力容器  中国标准出版社出版发行

[5] ASME Section Ⅸ Qualification Standard for Welding ,Brazing, and Fusing Procedures; Welders; Brazers; and Welding, Brazing, and Fusing Operators.