CN110421236B - 一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制氢转化炉炉管修复技术领域，公开了一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，首先对服役劣化制氢转化炉炉管进行组织损伤检查，确定炉管内部仅发生组织转变，不存在微裂纹；然后将炉管周向加工成V形坡口，利用电弧对坡口进行热处理；之后除去部分坡口表面形成的热处理层，利用镍基焊丝对坡口进行堆焊处理；最后除去部分坡口表面形成的堆焊层，利用与炉管同质的焊丝对坡口处进行焊接。本发明提供的服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，使得服役劣化制氢转化炉炉管微观组织再次发生转变，避免焊接修复过程中出现焊接热裂纹，焊接修复质量提高。

Description

一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法
技术领域
本发明属于制氢转化炉炉管修复技术领域，具体的说，是涉及一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法。
背景技术
随着国家对环保要求的不断提高，制氢工艺广泛运用于石化行业中。石化行业制氢工艺主要是以轻质烃类在高温、高压和催化条件下与水蒸气发生反应，最终生成H2和CO2，该反应主要在制氢转化炉炉管内进行。通常制氢转化炉炉管的设计寿命为10^5h，然而由于压力、温度等诸多因素的变化带来不利影响，造成炉管在未达到生命周期就发生各种形式的损伤。在炉管的修复过程中，大多采取直接更换整根或部分管段的方法。但是由于服役劣化炉管发生组织转变，塑性及高温性能下降严重，与新炉管组织及性能差异明显，直接焊接时容易产生焊接裂纹，容易造成一次修复失败从而不得不进行二次甚至三次修复，大大增加了修复工作时间成本和经济成本。因此，为了避免服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复时出现焊接裂纹，如何进行焊前处理提高修复质量成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复时容易出现焊接裂纹的技术问题，提供了一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，该方法在优化劣化炉管组织的基础上进一步改善炉管的可焊性，使修复焊接工作难度降低，一次成功率得到极大提高。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，该方法适用于炉管内部仅发生组织转变，不存在微裂纹的情况；并且按照如下步骤进行：
(1)将所述炉管周向加工成V形坡口，利用电弧对坡口进行表面重熔热处理；
(2)除去部分所述坡口表面形成的表面重熔热处理层，利用镍基焊丝对所述坡口进行堆焊处理；
(3)除去部分所述坡口表面形成的堆焊层，利用与所述炉管同质的焊丝对所述坡口处进行焊接。
进一步地，步骤(1)中的所述V形坡口的角度为60～70°。
进一步地，步骤(1)中的电弧为非熔化极惰性气体保护电弧。
更进一步地，步骤(1)中的电弧为钨极氩弧。
进一步地，步骤(1)中的所述表面重熔热处理的加工次数5～10道次。
进一步地，步骤(2)中除去所述表面重熔热处理层的厚度为0.5～1mm。
进一步地，步骤(2)中的堆焊处理方法为非熔化极惰性气体保护电弧焊，焊丝牌号ERNiCr-3。
进一步地，步骤(3)中除去所述堆焊层的厚度为0.8～1.2mm。
进一步地，步骤(3)中的焊接方法为非熔化极惰性气体保护电弧焊，焊丝牌号H4Cr25Ni35Nb。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，这种方法首先能够使待修复部位距表面一定深度的粗大析出物发生溶解，改变微观组织形态及分布，其次堆焊处理得到的堆焊层可以为最终修复焊接的热影响区部位，进而可以极大改善材质劣化炉管局部的焊接性能，保证后续的焊接修复过程中不会出现焊接热裂纹。
附图说明
图1为实施例中表面重熔处理的轴向剖面图；
图2为实施例中堆焊处理的轴向剖面图；
图3为实施例中焊接接头的轴向剖面图。
上述图中：1-炉管；2-坡口；3-表面重熔热处理层；4-堆焊层。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明首先对服役劣化制氢转化炉炉管微观组织进行观察、分析，确定劣化炉管1仅发生组织类型及形态分布的转变，并未产生微裂纹等。通过光学显微镜或扫描电子显微镜确定服役劣化制氢转化炉炉管1的显微组织形态及分布。
对炉管1进行微观组织损伤检测是炉管1修复前的必要工作，如果炉管1组织损伤程度高，已经出现蠕变孔洞或微裂纹，那么此部位无法通过焊接进行修复；如果炉管1仅发生组织转变，就需要利用本发明方法进行组织恢复和性能改善，顺利完成焊接修复。
第一步，先将炉管1周向加工成V形坡口2，V形坡口2的角度优选为60～70°，从而保证焊接时背面能够熔透。然后利用钨极氩弧对坡口2进行表面重熔热处理5～10道次，以形成1～2mm的热处理细晶区。表面重熔热处理的电弧为非熔化极惰性气体保护电弧，电源极性为直流正极性，非熔化极电极为钨极，直径Φ3.0mm，惰性保护气体为氩气，保护气流量10～15L/min，电弧电流80～140A，电弧电压11～14V，热处理速度6～10cm/min。
第二步，先除去一部分坡口2表面形成的表面重熔热处理层3，除去的表面重熔热处理层3的厚度一般为0.5～1mm，该厚度能够保证在保留重熔细晶粒区的同时将坡口2清理干净。然后利用镍基焊丝对坡口3进行堆焊处理，可以弥补炉管1材料性能上的损伤与不足，另一方面堆焊层4作为正式焊接的过渡部分可大大降低炉管1近缝区热裂纹倾向。堆焊处理的具体方法为采用非熔化极惰性气体保护电弧焊，焊接极性为直流正极性，非熔化极电极为钨极，直径Φ3.0mm，惰性保护气体为氩气，保护气流量10～15L/min，焊丝牌号ERNiCr-3，焊丝规格Φ2.4mm，焊接电流90～120A，电弧电压10～14V，焊接速度5～ 9cm/min。
第三步，先除去一部分坡口2表面形成的堆焊层4，除去的堆焊层4的厚度一般为0.8～1.2mm，该厚度能够保证在保留镍基焊材过渡区的同时将坡口2清理干净。然后利用与炉管1同质的H4Cr25Ni35Nb焊丝通过钨极氩弧焊对坡口2处进行焊接，可以得到成型良好的焊接接头。焊接极性为直流正极性，保护气流量10～15L/min，焊丝规格Φ2.0mm，焊接电流90～120A，电弧电压10～14V，焊接速度5～9cm/min。
下面以一个试验例进一步说明本发明所提供服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法的操作过程和效果：某石化企业正常服役7年左右制氢转化炉炉管1，材质为HP40Nb，焊接修复过程如下：
步骤1，对服役劣化制氢转化炉炉管1进行组织损伤检测，确定炉管1内部微观组织由奥氏体基体与其晶界上的粗大网链状碳化物及晶内析出物组成，没有微裂纹或蠕变孔洞的产生；
步骤2，将炉管1周向加工成70°V形坡口2，利用钨极氩弧对坡口2进行表面重熔热处理，钨极直径Φ3.0mm，保护气流量10～15L/min，电弧电流120～140A，电弧电压11～14V，热处理速度6～10cm/min，表面重熔热处理次数10道次；
步骤3，除去约0.8mm的表面重熔热处理层3；利用规格Φ2.4mm ERNiCr-3镍基焊丝对坡口2进行堆焊处理，焊接极性为直流正极性，钨极直径Φ3.0mm，惰性保护气体为氩气，保护气流量10～15L/min，焊接电流90～120A，电弧电压10～14V，焊接速度5～ 9cm/min；
步骤4，除去约1mm的堆焊层4；利用规格Φ2.0mm H4Cr25Ni35Nb焊丝对坡口2进行焊接，焊接极性为直流正极性，钨极直径Φ3.0mm，惰性保护气体为氩气，保护气流量 10～15L/min，焊接电流90～120A，电弧电压10～14V，焊接速度5～9cm/min。
焊接完成后，经过组织检测的结果表明，服役劣化炉管奥氏体晶界上粗大的碳化物发生细化，材料性能满足使用要求。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，其特征在于，该方法适用于炉管内部仅发生组织转变，不存在微裂纹的情况；并且按照如下步骤进行：
(1)将所述炉管周向加工成V形坡口，利用钨极氩弧对坡口进行表面重熔热处理5～10道次，以形成1～2mm的热处理细晶区；
(2)除去部分所述坡口表面形成的表面重熔热处理层，利用镍基焊丝对所述坡口进行堆焊处理；
(3)除去部分所述坡口表面形成的堆焊层，利用与所述炉管同质的焊丝对所述坡口处进行焊接。
2.根据权利要求1所述的一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，其特征在于，步骤(1)中的所述V形坡口的角度为60～70°。
3.根据权利要求1所述的一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，其特征在于，步骤(2)中除去所述表面重熔热处理层的厚度为0.5～1mm。
4.根据权利要求1所述的一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，其特征在于，步骤(2)中的堆焊处理方法为非熔化极惰性气体保护电弧焊，焊丝牌号ERNiCr-3。
5.根据权利要求1所述的一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，其特征在于，步骤(3)中除去所述堆焊层的厚度为0.8～1.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种服役劣化制氢转化炉炉管焊接修复方法，其特征在于，步骤(3)中的焊接方法为非熔化极惰性气体保护电弧焊，焊丝牌号H4Cr25Ni35Nb。
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