大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成气锅炉给水预热器的制造 锅炉压力容器埋弧焊产生气孔的成因与对策

应用广场版pplication大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成气/锅炉给水预热器的制造罗乐（川化股份公司信息中心四川成都610301）徼要对大型低合金耐热钢12Cr2Mo1压力容器合成气/锅炉给水预热器的制造过程进行详细阐述，级，总高度为10062mm，总重量合成气/锅炉给水预热器的设为36730kg，其结构简图见。计参数如表1所示。

名称壳程管程设计压力/MPa12.525.73工作压力/MPa10.421.5设计温度/*C327385工作温度（进/出）/*C274/312370/301壁温/C293303物料名称锅炉给水合成气焊接接头系数（筒体/封头）11腐蚀裕量/mm33换热面积/m2386管子与管板连接形式强度焊+贴胀全容积/m34.422.82水压试验压力/MPa21.336.2气密性试验压力/MPa25.73容器类别三类表1合成气/锅炉给水预热器设计参数0刖目合成气/锅炉给水预热器是合成氨装置的重要设备，是川化股份公司第二化肥厂的关键设备。该设备为三类高温、高压压力容器，材料焊接性能较差，并且第二化肥厂在进行技术改造时，从某压力容器制造单位购置的合成气/锅炉给水预热器在投入使用后不久就发生过多次严重的泄漏事故，经我公司多次补焊，该预热器一直在勉强运行，给化工生产的稳定和装置的安全造成了极大的隐患。股份公司决定重新制造。我公司充分考虑了该此设备的材质、焊接工艺、热处理、机械加工精度等一系列要求，并结合实际情况进行了详细的论证和分析，制定了合理的制造工艺方案，采取了一系列工艺保证措施，解决了焊接工艺、热处理、成型、加工等方面的问题，设备经终检验并投入使用，至今未出现任何问题。

1设备简介合成气/锅炉给水预热器为立式结构的高温、高压列管式换热器，为三类压力容器，管束级别为表2合成气/锅炉给水预热器的主要选用材料2材料的选择合成气/锅炉给水预热器的工作条件为高温、高压，且管程介质为具有氢腐蚀性的合成气，因此，选择了具有抗氢腐蚀性和具有较好高温力学性能和耐高温蠕考虑到该设备的重要性和12Cr2Mo1材料的特殊性，吸取了其他单位制造的失败教训，我单位提出了换热管必须采用进口ASTMSA-213T22冷拔无缝钢管，并经过了正火和回火，不允许拼接，对其化学成分进行严格控制，管程材料12Cr2Mo1IV和ASTMSA-213T22的化学成分见表3.变性能的珠光体耐热钢12Cr2Mo1作为管箱和换热管的材料；由于该设备壳程的工作介质只有锅炉水，因而选择了普通低合金钢16MnR作为筒体材料，该设备的主要选用材料见表2. 15X0-6的要求，即控制微量元素杂质的含量。

为计算化学成分的配比，达到控制微量杂质的要求，锻件生产厂家应提供微量杂质As（砷）、Sn（锡）、b（锑）等微量杂质的实测值（熔炼成分）。

该设备的主要受压元件均按照《压力容器安全技术监察规程》第25条的要求进行复验，不合格的材料不得投入使用。复验16MnR板材的化学成分、力学性能、冷弯性能，逐张检查钢板的表面质量和材料标志；逐张进行超声波探伤复验，质量等级符合JB4730 -94，不低于I级为合格。12Cr2Mo1IV还要按照JB/T4726-2000规定的项目进行复验，换热管逐根进行水压试验、超声波探伤，必须符合制定的订货技术条件的要求。

3焊接合成气/锅炉给水预热器壳程的材质为普通低合金钢16MnR，其焊接性能良好，焊接材料选用与其强度相等的大西洋CHE507、CHW-S4、HJ431及天泰公司的氩弧焊丝TIG-50.我单位具有成熟的焊接工艺，焊接工艺评定能满足该设备的需要，无需进行焊接工艺试验及评定。而管程的材料为2.25Cr-1Mo，该材料***在我公司使用，因此必须进行焊接工艺试验和焊接工艺评定。

按照JB4708-2000、B4709-2000以及ASME锅炉及压力容器规范K焊接和钎焊评定标准的要求，在查阅了《焊接手册》等资料后，我单位制定了相应的焊接工艺试验方案，进行了多次试验，终确定了焊接工艺，并在此基础上进行了焊接工艺评定，评定合格后编制了产品的焊接工艺规程。焊接工艺试验及焊接工艺评定项目如表4所示。

表3管程材料12Cr2Mo1IV和ASTMSA-213T22的化学成分材料指标技术条件质保书值复验数据技术条件质保书值复验数据序号评定材料接头形式规格/mm焊接方法焊接材料焊后热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理强度焊不作热处理对接焊缝消应热处理消氢热处理制作的试板）对接焊缝消氢热处理对接焊缝正火+消应热处理对接焊缝消应热处理对接焊缝消应热处理表4合成气/锅炉给水预热器焊接工艺评定项目在进行工艺试验和评定的同时，还有一项重要任务，就是进行焊工培训和考试，让焊工掌握该新材料的焊接性能，操作技能，并按照《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》取得相应的操作资格证，以确保产品的焊接质量。

4壳程的制造合成气/锅炉给水预热器壳程的材质为16MnR，厚度为70mm，制造的关键是卷板和埋弧自动焊接。卷板采用的是高温卷板，因此坡口形式的选择就显得尤为重要。

若选择不好，在高温下，钝边在卷板时就容易被熔掉，或者钝边太厚，给焊接造成困难，经过试验，确定了焊接坡口形式，其形式如所示。

壳程简体对接焊缠坡口田壳程筒体需要制作A类焊缝产品焊接试板。产品焊接试板必须接在纵缝上同时焊接，其试板尺寸、试样截取、试验项目与合格要求均按照JB4744- 2000规定执行。不得在组对时进行强行组对。

焊接采用手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充三层后，再采取埋弧自动焊的方法。焊接材料的选用按照合成气/锅炉给水预热器焊接工艺评定要求进行。为了保证后续工艺的质量，应作好16MnR筒体环焊缝收缩量的记录，以确定换热管的长度。

壳程的制造还有1个重点，就是壳体与管板的2条环缝，为保证质量，只能有1条环缝留作收口焊缝，并且无法对该条收口焊缝进行射线探伤，只能作100超声检应用广场版pplicati测，因此该条焊缝的焊接就显得尤为重要，我单位选择了好的焊工进行施焊，并对全过程进行跟踪检查。

5管程的制造由于管箱为锻焊结构，没有A类焊缝，按照《压力容器安全技术监察规程》的要求，***使用新材料，需要制作两个B类焊接接头鉴证环，其一是管箱与球形封头之间12Cr2Mo1lV对接的鉴证环，其二是管箱与管板之间12Cr2Mo1lV坡口各堆焊Inconel600后，再进行对接的鉴证环，鉴证环的规格和焊接工艺应与产品完全一致。其试件尺寸、试样截取、试验项目与合格要求均按照JB4744- 2000及ASME锅炉及压力容器规范K焊接和钎焊评定标准进行评定。

5.1管箱的组对管箱在组对时，由于材料的特殊性，不得在坡口内进行点焊，而必须采用组对筋板，在母材上焊接，组对筋板也必须采用与母材材料相同的12Cr2Mo1，焊前必须将待焊区域预热至250*C以上，采用与正式焊接相同的焊条R407进行焊接。在主体焊缝焊完一半后，去掉拉筋板，继续焊接。去掉拉筋板后，将焊疤打磨干净，并作磁粉探伤，如果有裂纹缺陷，必须对其进行补焊并检验合格。需要特别注意的是，为了保证筒体尺寸和堆焊层厚度，对于管箱筒体两端坡口的加工，应先加工有堆焊层一面的坡口，另一面暂不加工，待堆焊面加工完后再进行加工。

5.2管箱的焊接5.2.1管箱与球形封头的焊接12Cr2Mo1V同种材料之间的焊接，焊接采用焊条电弧焊的方法，焊接材料的选用见表4.焊前将其预热至250C以上，在焊接过程中，层间温度不低于预热温度，并在焊后进行消氢热处理，当管箱接管焊接完成后，进行热处理，以消除应力。坡口形式见。

5.2.2管箱与管板的焊接管箱与管板的焊接焊缝作为收口焊缝，离管口很近，经过研究，我单位采用了在坡口两侧先堆焊Inconel600，然后再进行In-conel600之间的对接，以避免环缝在对接焊后的消应热处理，有效地解决了因消应热处理而导致管口焊缝被拉裂的问题。焊缝坡口形式见。

5.3管板的加工为了保证管板及折流板孔的加工质量，我单位特定加工制作了一副模板。套钻模板的加工必须严格控制加工尺寸，特别是换热管孔的加工，严格检验各加工尺寸，并对超过偏差的尺寸做好标记和记录。

5.4管口的焊接因为是在冬季施工，环境温度较低，湿度较大，并且2.25Cr-1Mo的焊接性能较差，因此在焊接前必须进行预热，焊接必须焊2层，第1层焊接全部检验合格后，再进行第2层的焊接。

5.5胀管为了保证该设备胀管的质量，采用了制作模拟胀管试样，其性能指标符合《容规》第104、105条之规定。

胀管采用液压胀管，严格按照操作程序执行，不得出现漏胀、过胀等现象。

5.6管箱的消应热处理非常重要的，消应热处理的温度为680-720C，保温6h.热处理完成后，对焊缝、热影响区、母材分别测试其硬度值，各项指标均在合格范围内。

6检验壳程和管程所有的A、B类焊缝焊接完成后均进行100射线探伤，按JB4730-94级合格；进行20的超声波复探，按JB4730-94I级合格；小于250的接管对接焊缝作100*磁粉探伤，按JB4730-94I级合格。

壳体和管箱的C、D类焊缝作100超声波探伤，按JB4730-94I级合格，直径<200mm接管参照该标准执行；C、D类焊缝作100磁粉探伤，按JB4730-94I级合格；焊接坡口表面在焊前进行100渗透检查，按JB4730-94I级合格。

换热管与管板强度焊缝进行100着色检查。

设备试压分两步进行，先对设备壳体进行水压试验，试验合格后，再作氨渗透试验；管箱组装完之后，对管程进行水压试验，试验合格后，再对管箱进行气密性试验。

水压试验合格后，所有受压焊缝作100磁粉或着色检查，按JB4730-94I级合格。

的坡口均进行100磁粉探伤，按JB4730-94I级合格。

7结语7.1材料的订货技术条件和验收复验材料是压力容器制造中的重要控制环节，是设备能否制造成功的关键，因此必须加强控制，制定详细的订货技术条件，并严格执行入厂检验。

7.2制造方案论证及技术交底由于设备的特殊性和重要性，在制造前应编制总体制造方案，并进行技术交底和分级交底，编制详细的制造和焊接工艺以及质检计划和检验要求。

7.3质量检验控制编制合成气/锅炉给水预热器质量检验计划和质量控制流程图，确定其制造的停止点、控制点和见证点，并做好相关记录。

设备所选用的钢板管材均为定尺板和管，要求有准确的下料图或加工图，在钢板或加工件上标明尺寸方位，并有专人负责下料的检查工作。

由于是高温卷板，因此在卷板时必须将辊子清理干净，并保持平整。

管板的机加工是1个重要控制点，另外其它加工件及坡口的加工也必须严格控制，按图纸和工艺要求严格进行。

焊接是压力容器制造过程中的1个重大控制点，首先要进行焊接性分析，作焊接性试验，并进行焊接工艺评定，在此基础上再编制产品的焊接工艺规程，并由焊接工艺监督员跟踪产品的焊接情况。

热处理工艺必须在检验合格后才能用在产品上。

检验必须严格按照图纸和工艺的要求进行，严格按照标准执行。

锅炉压力容器埋弧焊产生气孔的成因与对策

　动焊接技术在我国锅炉压力容器行业得到遍应用，埋弧焊以焊缝成形美观、质量好、生产效率高、分约焊接材料、改善劳动条件等优点而一般应用于锅炉压力容器生产中，其焊接工艺也在实践中不断完善。本文以锅炉制造中主要受压件一筒体焊接为例，对埋弧焊焊接工艺作了介绍‘对焊接中容易产生的质蜇缺陷气孔的成因进行了详细分析(Analyse)，并提出解决方案。

锅炉压力容器制造中，主耍承压件是筒体的制造，一般由23节筒节加两个封头组成。对于锅炉筒体来说，筒体的制作过程可由筒节的制造、筒节的组焊及封头的组焊等工艺过程：下料、坡口、压头、卷圆、组对、焊接纵缝、校圆，组对环缝、焊接环缝最后组对封头环缝。如所示。

在组对过程中，组对质M要求较高，否则会影响焊接质域。根据有关规定耍求环缝组对偏差控制在板厚的10%加lmm范围内，纵缝组对偏差控制在板厚的15%以内。在筒体的焊接中，全部W埋弧Q动焊完成，也就是说埋弧0动焊的焊接质M将直接影响筒体的质M. 2问题(Emerson)的产生埋弧G动焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。在焊剂层下屯弧在焊丝末端与焊件之间燃烧。使焊剂俗化、蒸发形成气体，在电弧周11形成一个封闭空腔，电弧在这个空腔中稳定燃烧，焊丝不断送入，以熔滴状进入熔池与熔化的母材金属混合，并受到熔化焊剂的还原，净化及合金化作用，产生C

O、f

T、N0等气体，随着焊接过程的进行，电弧向前移动冷却冷凝固后形成焊缝，比重较轻的熔渣浮在熔池的表面，有效的保护熔池金属。如果熔池凝固过快，使气体来不及逸出而残存在焊缝金属中就会形成气孔。在埋弧焊中多见C0气孔。

2.1气孔形成的一fiSli因及采取的措施气孔形成的一般原因：铁锈、油污和水份对培池一方面有氧化作用，另一方面又带来大M的氢。

焊接方法埋弧焊熔透力强，焊缝的熔深相对于手工电弧焊深的多，气体从熔池中逸出困难，故生成气孔的倾向比手弧焊人的多。

定位焊和补焊碱性焊条未按规定烘干或焊胯清理。

电流的种类和极性使用交流电源，将使产生气孔倾向增大。

5〉焊接工艺参数焊速增加，焊接电流增大，电压升高都会使气孔倾向增加。

针对以上分析，通常采用以下措施来防止产生气孔：焊前用磨光机把坡口两侧20mm内的铁锈、油污打磨干净，露出金属光泽。清除坡口附近的铁锈及污物，最后丙酮刷洗坡口附近的油污等丙酮完全挥发后才能焊接。

焊前焊剂耍按规定的温度进T烘干并保温，K班前回收好焊剂，放到焊剂保温箝中保温以免受潮。

焊剂耍保持洁净，焊前把施焊部位扫干净，切忌把铁锈等脏物入焊剂中影响焊缝质足。压力容器并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度，未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。

定位焊和补焊时，碱性焊条一定要按规定严格烘干。压力容器能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛，它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。组对完或补焊完毕耍立即施焊，否则焊道会返潮。

使用直流屯源，反极性迮接可减少产生气孔的倾向。

采用合理的1：艺参数焊接。

通过采用以上措施后，气孔一般能得到有效防止，焊接质M得到保证，但也有例外情况。

2.2气孔形成的特殊原因在焊接该筒体纵环缝的过程中，对板厚小，的筒体，坡口均为I型坡口。以板厚为14皿，材质为20g的筒体为例，根据等强匹配原则和综合力学性能的考虑，采用的焊丝为H08Mn

A、4）5.0，焊剂为HJ431.定位焊及补焊时用E4315、3.2.并要求焊前焊剂和焊条应按规定烘千。碳弧气刨用碳棒*6.0，选用表1工艺参数焊接。

表1焊接顺序焊丝n径焊接电流电弧蓓焊速里外焊前按规定耍求严格清理，清除坡口及其周围的油锈水等杂质，且组对亦符合耍求，焊丝经除油处理。焊接过程中也没有发现有异常情况，但是焊接后经RT透照，发现有密集气孔产生，如。

按程序规定经检查工艺过程和焊前准备情况，没有发现问题的症结。按原艺再焊一道环缝依然产生同样密集的气孔。在没有找到原闵的情况下，对产生气孔的部位用手1：焊条电弧焊进行了返修。奇怪的是有时这种情况会消失，有时也会大量出现。

由于我们是不间断生产，一段时间以来，该问题成了困扰我们的严重质量问题。

2.3分析原因及相应对策经过一段时间的观察、分折，发现出现气孔的筒体板厚都在14mm以上，筒体S径在800mm以上，且未在焊缝中心线上。而板厚在10酬以卜，径迕80mm以K的筒体则没有出现气孔。对以上两类筒体焊缝中心线和坡口中心线进行划线标注，发现在施焊过程中，发生气孔的焊缝，其中心线均不同杩度的偏离了坡口中心线（5），如所示，板厚希在14mm以上，直径人丁- 800mm的筒体，而且偏离的程度愈大，产生密集气孔的倾向愈大。产生气孔的部位均在焊缝偏离坡口中心线3mm以上时发生，而对板厚在lOiran以下，直径小于800ran的筒体，既仗焊缝偏离坡口中心线3tran以上也不会产生气孔。

也就是说问题出现在机头导轨（轨道）或转上，在焊接过程(guò chéng)中，机头偏离坡口中心，导致焊缝中心偏离坡口中心。板厚愈大，直径愈大，导热就愈快，处于焊缝边缘的气孔来不及逸出形成气孔；板厚愈薄，直径愈小，导热就愈慢，处于焊缝边缘的气泡可以逸出，不能形成气孔。由丁-国内绝大多生产厂家都采用国产设备及工装进行生产，大多存在如下缺陷：小车导浙头轨道制造直线度超加之安装导轨时存在安装偏差。机头在导劫上行进时，使嫩偏离焊道。

小车导轨或机头轨道长期处在生产(Produce)环境中，不可避免的被各种工件碰撞，加之四季温差变化，都可能使轨道产生弯曲变形，如果这种变形未被及时发现，在施焊时必然焊偏。

转胎安装后四轮间存在形位公差。筒体在转胎上旋转时发生径向窜动，而使焊枪偏离焊道。

转胎长期处在生产环境中‘轴承在荷载下长期工作，如果润滑不到位，很容易使滚轴磨损（零部件失效的一种基本类型），造成轴承间隙过大使转胎发生径向窜动。

以上四种情况都能使焊缝偏离，偏差不大时，不影响焊道培化，夕卜观成形美观‘这种焊偏不易觉察，即使产生质量问题(Emerson)，也不会想到由该原因引起。

当偏差过大时，焊缝将偏离焊道，产生严重质量问题。找到了问题的症结，我们就可以有针对性地采取措施了。

制作导轨（轨道）时应检查其S线度，不合要求时，应调直后再安装，安装时应检查两导轨间的平行度，偏差应在允许的范围内，否则不能安装。压力容器并对每个类别的压力容器在设计、制造过程，以及检验项目、内容和方式做出了不同的规定。压力容器已实施进口商品安全质量许可制度，未取得进口安全质量许可证书的商品不准进口。

在生产环境中，应提醒工人注意不能碰撞导轨，发生碰揸后，应及时检查，维修后才能投入生产。并应随着季节变化随时检测(检查并测试)导轨的直线度和平行度，使其始终处于良好的状态。

对转胎在安装时，严格控制其形位公差，发现超差，应立即调整，否则不得投入生产。

转胎处丁生产环境中，应定期对其进行注油润滑，并检杏滚轴磨损情况，及时更换不合格的轴承。

通过采取以上措施后，焊缝焊偏的情况得到有效控制，气孔现象消失，对比结果如所示。

3焊接过程中应注意的几个问题组对时，要保证工件装配质量，切忌强行组对造成应力集中。

与收弧板的坡口形式应与筒体相同。

焊前应把地线接牢固，对好焊嘴。注意焊接筒体倾斜角不宜大于6*.选杼工艺参数注意根据实际情况适时调整，如组对间隙过大时（大于2mm）应在筒体背面用焊条电弧焊进行封底，避免烧穿，并减少焊接电流或加快焊速。

焊接过程中，始终注意焊嘴对准焊缝中心，发现偏离及时调节。

焊接过程中，发现电弧在焊剂里燃烧不稳定，可能（maybe)烧穿或造成气孔等缺陷，应及时停焊，杳明原因经修补后再继续施焊。

为保证焊接质量，应尽量采用小电流，减少热输入。这样能提高接头力学性能。

按照上述工艺措施，述续施焊筒节100节，全部100%RT，按JB/T4730标准，满足级耍求，全部合格。

4.结束语埋弧自动焊里然大人地减轻丫焊工的劳动强度，焊缝成形灾观，力学性能好，生产率阮等许多优点，但也需要我们在生产中勤于动脑，多观察軎总结(zǒng jié)，及时发现施焊过程中影响焊缝质S的不确定因索，分析产生的原因，于书本知识，大胆提出6己的创新办法，就一定能有效提ft焊接质51，创造出史大的经济效益。

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