換熱器列管板管角焊縫焊接應力腐蝕裂紋的防治 !

換熱器列管板管角焊縫焊接應力腐蝕裂紋的防治 !

      化工設備發生的失效破壞中，近一半是應力腐蝕裂紋造成的，特別是在換熱器列管與管板焊縫中，由于應力腐蝕裂紋而造成泄漏是一個普遍存在的問題。我公司在役換熱器，特別是凈化工區的換熱器，列管與管板焊縫泄漏很常見。
【1】泄漏原因分析
　　1.1泄漏點形態特征
　　通過對換熱器列管與管板焊縫的泄漏點進行觀察分析，發現這些泄漏點基本上都是裂紋引起的，其形態是稀松分布的網狀或龜裂狀，大部分裂紋有分叉現象，裂紋大致垂直于焊縫殘余拉應力方向，并由表面向縱深延伸，具有典型的應力腐蝕裂紋特征。
　　1.2應力腐蝕裂紋產生的原因
　　材質、介質、拉應力是產生應力腐蝕裂紋的三個因素。材質在一定介質下，由于拉應力的存在，易產生應力腐蝕裂紋。
　　換熱器列管與管板焊縫材質及介質分析換熱器列管與管板材質，不是同種材質的情況居多。我公司在役換熱器中，其管材/板材的匹配常見的有20/A3、20/16MnR、0Cr18Ni9/16MnR、0Cr18Ni9/0Cr18Ni9，由于材料的化學成份及組織性能的不均勻，存在產生電化學腐蝕的傾向。
　　焊縫應力分析換熱器列管與管板焊縫在設備運行中，主要受工作應力和殘余應力作用。設備在焊接、加工及裝配過程中產生的殘余應力是主要因素，特別是列管與管板焊縫，由于焊縫密集，且分布于管板一側，再加上管板在鉆孔過程中產生的加工應力及在裝配過程中產生的裝配應力疊加，使該處焊縫的殘余應力所引起的失效，占應力腐蝕開裂失效事故的80%以上。
　　1.3應力腐蝕
      裂紋導致泄漏由于換熱器列管與管板焊縫在腐蝕介質中，發生電化學腐蝕形成微裂紋源，同時，焊縫本身屬非均質材料，又是各種應力疊加的集中處，其表面脆化層易剝落成為微缺陷區，也形成了微裂紋源，再加上焊縫本身可能存在的缺陷，因此在設備運行中，由于腐蝕環境和拉應力的共同作用，裂紋萌生并迅速擴展，加上焊縫本身熔池深淺，易形成穿透性裂紋，從而導致焊縫發生泄漏。
【2】控制應力腐蝕產生的措施
　　2.1設計方面
　　從設計方面而言，應根據應力腐蝕介質和材料的組合，合理選材，同時，要求結構設計合理，使結合的應力分布均勻，避免產生應力集中源。
　　當然，在目前技術條件下，從設計角度采取措施控制應力腐蝕的產生，辦法不多，關鍵還得從制造的角度來考慮。
　　2.2制造方面
　　從制造角度而言，可以從冷作變形的控制、焊接材料的選擇、焊接工藝的控制及降低殘余應力幾個方面采取措施，但是由于制作工藝條件的限制，關鍵在于焊接工藝控制及降低殘余應力兩個環節。
　　焊接工藝控制首先是選擇合適的焊接順序，在換熱器焊接中，要先焊管板與外殼的焊縫，再焊點焊一側的列管與管板焊縫，最后焊另一側列管與管板焊縫；對于列管與管板焊縫則應根據管板直徑的大小，由2~3名焊工同時均勻錯開逐漸向外施焊的原則。
　　其次要控制焊接線能量，盡量使用能量較小的TIG焊，焊接參數宜取下限值，避免發生熱影響區硬化、晶粒長大和各種脆化，同時盡量降低焊縫的殘余應力。
　　焊縫殘余應力是產生應力腐蝕最主要的原因，設計、加工、焊接過程中無論怎幺樣采取措施，都只能在一定程度上降低焊縫殘余應力，對于在腐蝕介質中運行的換熱器，最好經過消除應力處理。
　　2.3檢修方面
　　對于在運行中已發生泄漏的換熱器，我公司的檢修經驗表明，采取簡單的焊補措施，效果很差。如果按下述方法進行修復，效果很好。
　　泄漏點焊補對于泄漏點，用角向磨光機將裂紋鏟除干凈后，再焊補，且補焊點與原焊縫要圓滑過渡，補焊點高于原焊縫的，要用角向磨光機打磨與原焊縫基本平齊。
　　焊后消應補焊后，采用振動法對整個換熱器進行消應處理，可消除殘余應力75%以上。
結   語
　　控制列管與管板焊縫應力腐蝕的關鍵在于焊接，而焊接的關鍵在于焊后消除殘余應力。實踐證明，這種措施很有效，大大提高了系統運行的質量，減少了設備檢修費用，取得了良好的效果。