Abstract: Cracks were found in the collection tube of the hydrogen conversion furnace of the hydrofining unit of Daqing Petrochemical Refinery, and the cracks were analyzed to determine the cause of the cracks. The measures to reduce the restraint stress and welding stress were taken to treat the cracks and plug the leaking furnace tubes. , Reserve a joint to replace the new furnace tube. It provides a reference for the future treatment of such problems.
【关键词】 耐热钢 裂纹 焊接
1、概况：
大庆石化炼油厂加氢精制装置制氢转化炉运行期间工作不稳定，在停工检修时，对炉内进行检查，发现制氢转化炉的集合管与炉管焊缝结合处有裂纹产生，裂纹从焊缝延伸至集合管本体，长度35mm左右，深度由20mm逐渐变浅，宽度最宽处近 6mm，见下面照片:
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产生裂纹的炉管经鉴定已不能使用，需要对其切除，并封堵集合管。
集合管（φ325×25）与支管（φ42×4.5）均为12Cr1MoV材质，属于1Cr-0.5Mo-V系低合金高强度珠光体耐热钢，高温下具有良好的化学稳定性和较高的强度，其中Cr和Mo元素可提高钢的高温抗蠕变强度和钢的组织稳定性。常用做热电厂、石油化工中耐高温（580℃以下）的锅炉部件和管道材料。
通过对集合管光谱成分分析，主要成分如下：
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符合国家标准中对此材质的成分要求，材料合格。
2、裂纹分析
因为是在装置停工检修时发现的裂纹，没有相应的备用炉管和集合管备件，也不能对其进行破坏性取样，只能修复后投入使用，待下一个检修周期的服役情况更换。这样需要评估修复后的集合管是否还会有裂纹出现，以及对使用寿命的影响。
12Cr1MoV钢焊接性有以下特点：首先因其含有的合金成分使其有一定的淬硬倾向。在熔焊热循环决定的冷却速度下，焊缝金属和热影响区内可能形成对冷裂缝敏感的显微组织；其次，钢中含有的Cr、Mo、V等强碳化物形成元素，从而使接头的过热区具有再热裂纹（亦称消除应力裂纹）敏感性；最后，其焊接接头当有害的残余元素总量超过容许极限时还会出现回火脆性或高温时脆变。
最近有研究表明12Cr1MoV钢再热裂纹敏感温度大约为550-650℃，如果设备长期在此温度区间运行，在一定条件下沿奥氏体晶界发展成裂纹，可能出现再热裂纹。再热裂纹一般发生在焊接接头粗晶区金属中，最常见的发生在焊趾与焊根处应力集中部位，裂纹形态沿晶间发展呈分枝多道并行的形态，与焊缝呈同向分布。
延迟裂纹的出现主要有三个因素①焊缝中氢的含量；②焊接接头金属所承受的拉应力；③由钢材淬硬倾向决定的金属的塑性储备。12Cr1MoV钢因其焊接后容易出现马氏体而使淬硬倾向加大，马氏体本身塑性变形能力低，在缺陷处就会产生很高的应力集中，经过一段时间而发生延迟裂纹。裂纹的形态以沿晶间扩展为主，加之以穿晶扩展，纵向应力大，出现横向裂纹；横向应力大倾向于出现纵向裂纹；
本次发现的裂纹是由垂直于焊缝方向的横向裂纹开始向母材扩展的，比较符合延迟裂纹的特征，与热裂纹和热应力裂纹通常沿焊缝方向的特征不同，这也符合12Cr1MoV这种低合金高强度耐热钢容易产生延迟裂纹特点。焊前预热温度不足，焊后热处理不及时，或保温有缺陷，也可能是检查不到位，局部缺陷漏检这些原因都可能造成延迟裂纹的形成。针对以上问题做相应处理就能修复缺陷，使集合管长期稳定工作。
3修复措施
主要修复难点有两处，一是对集合管的裂纹消除并补焊，再就是对集合管的封堵和炉管的封堵。修复后应保证不再有新的缺陷产生，防止出现裂纹。
焊接方法的选择：
为减小焊接时产生的热应力，打底层采用非熔化极钨极氩弧焊（GTAW）降低最易出现缺陷的根部焊缝产生缺陷的可能性，再进行焊条电弧焊填充、盖面。采用小电流多道焊进一步减小焊接应力。
焊接材料的选择：
为保证焊缝区合金元素及杂质的总量，选用与母材成分一致的焊丝和焊条。
氩弧焊丝选用ER55-B2-MnV
焊条选用 E5515-1CMV
焊接工艺参数如下表
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焊接采用多层多道焊
为避免出现延迟裂纹和再热裂纹，就要尽可能减小拘束应力和热应力。防止焊缝污染并做好焊前预热和焊后消除应力处理。
焊前预热采用电加热方式将整个集合管待补焊部分及两侧母材100 mm范围加热至150℃以上, 然后再进行补焊。
焊后立即进行消除应力热处理，处理要求：
升温速度：300℃以上 ≤220℃/h；
恒温温度： 720-740 ℃
恒温时间： 2 h
降温速度： ≤260 ℃/h
冷却方式：，300℃以下自然冷却
修复步骤：
a先切除裂纹处的支管，用砂轮打磨清除集合管上的缺口处的裂纹，用渗透检测缺陷的消除情况，至无裂纹为止，然后打磨出边缘圆滑过渡的坡口。补焊区四周20 mm范围内清理掉氧化层、油污、锈蚀等,打磨出金属光泽。
b对裂纹处补焊，补焊方法为：集合管按以上要求预热，采用氩弧焊打底，而后进行多道焊条填充盖面，将裂纹处补焊后，立即进行热处理，热处理24小时后进行无损检测，首先做100%PT检测，无缺陷后进行射线检测。合格后进行下一步。对集合管的封堵采用接管形式而不是堵板，这样焊缝的环向应力可由管件1的形变得到一定的释放，可进一步减小应力裂纹倾向。
c准备材料：加工管件2个，材质12Cr1MoV，见附图。
附图：
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d封堵方法为：原支管处开65°坡口，打磨此坡口并做PT检测，无缺陷为合格。加工材质为12Cr1MoV的φ42×5长125mm管件1一个，将加工的管帽插入集合管，预热150℃以上，采用氩弧焊打底、E5515-1CMV焊条填充、盖面，焊后进行热处理，热处理24小时后进行100%PT检测,无缺陷为合格。
对支管另一端封堵，封堵方法为：加工同材质的 φ42×4.5管件2，与支管对接焊，焊前预热150℃以上，焊后进行热处理。热处理24小时后进行无损检测，合格后补焊完成。
这样处理后管件1和管件2可做为以后有新炉管时，切掉管帽的盲端就可以与新管焊接，从而恢复切除的这根炉管。不必再集合管上重新开孔，造成焊缝的重叠，降低了产生裂纹的机会并减少了工作量。
e热处理后进行硬度检测不高于HB225
4结束语
通过上述措施修复后，经过18个月的考察，制氢转化炉运行平稳，证实对裂纹形成原因的分析正确，修复措施得当。保障了装置长期运行，也为同样问题的修复提供有益的参考。
参考文献：焊接手册 第2卷 材料的焊接 第3版 机械工业出版社 2013.12
焊接裂缝金相分析图谱 哈尔滨焊接研究所编著 黑龙江科学技术出版社 1981年
论文作者:王文峰
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/17
标签：裂纹论文; 应力论文; 炉管论文; 缺陷论文; 耐热钢论文; 焊条论文; 管件论文; 《科学与技术》2019年20期论文;