浙江至德鋼業有限公司承接某化工廠60萬噸／年醋酸項目一期工程20萬噸／年醋酸項目中的3臺關鍵設備 一洗滌塔的制作。該設備的制造采用了不銹鋼復(fu)合板，其外形尺寸為Φ2988mm×（90＋4）mm×22124mm。設備總質量為123t；塔體材質為Q345R＋316L；工作溫度為230～260℃；工作壓力為6.27～6.37MPa；物料名稱為合成氣、激冷水；設備焊后要求進行整體熱處理。不銹鋼復合板洗滌塔的結構參數見表5-53。
一、不銹鋼復合板焊接性分析
不(bu)銹鋼復合(he)板焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)的最關鍵(jian)是過渡(du)層(ceng)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，其屬(shu)于異種鋼的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)要兼(jian)顧基層(ceng)和(he)復層(ceng)2種不(bu)同鋼材的性(xing)能。應選用合(he)適的填充(chong)材料，同時(shi)要嚴格控(kong)制焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱(re)輸人(ren)，使碳鋼基層(ceng)一側熔深(shen)較(jiao)淺(qian)，以減少焊(han)(han)(han)縫金屬(shu)的稀釋和(he)基層(ceng)合(he)金化(hua)。
二、焊接工(gong)藝(yi)制(zhi)定
1. 坡口形(xing)式(shi)確定
根據圖(tu)樣要求和工藝條件，縱縫、拼縫的(de)(de)坡(po)(po)口(kou)采(cai)用雙U形(xing)＋V形(xing)的(de)(de)坡(po)(po)口(kou)形(xing)式，如圖(tu)5-26a所(suo)示；環縫的(de)(de)坡(po)(po)口(kou)采(cai)用UV形(xing)的(de)(de)坡(po)(po)口(kou)形(xing)式，如圖(tu)5-26b所(suo)示。
采(cai)用這兩(liang)種(zhong)坡口形式的優點(dian)為：
①. 縱縫、拼(pin)縫的基層(ceng)采用雙(shuang)U形(xing)坡(po)口，可以提高效率(lv)，減少(shao)焊(han)接變形(xing)，防止筒體產(chan)(chan)生內棱(leng)角，避(bi)免(mian)焊(han)縫內部存(cun)在過大的焊(han)接應力；而環縫的基層(ceng)采用UV形(xing)坡(po)口，可以減少(shao)過渡層(ceng)與(yu)復層(ceng)的填充金屬量，以提高效率(lv)，同時(shi)也減少(shao)復層(ceng)焊(han)縫的多次(ci)受(shou)熱(re)，以免(mian)熔合線附近產(chan)(chan)生晶間腐蝕(shi)。
②. 焊(han)(han)接(jie)過渡層時熔合比小，可降低(di)焊(han)(han)縫金屬的稀釋率，以保證過渡層焊(han)(han)縫性能。
③. 能避免基層焊(han)縫焊(han)到復層上，以(yi)保(bao)證復層的耐蝕(shi)性。
2. 焊接(jie)材料選擇
為了保證(zheng)焊縫質量(liang)，焊接時應嚴(yan)格控(kong)制(zhi)焊縫中(zhong)有害雜質元素S、P的含量(liang)和(he)焊縫金屬(shu)的C含量(liang)，限制(zhi)焊接熱輸入及高溫度停留時間。不銹鋼(gang)復合(he)板洗滌塔的焊材選用情況見表 5-54 。
3. 焊(han)接技(ji)術要求
a. 焊接不銹鋼復合板洗滌塔所采(cai)用的(de)焊接參數見表5-55。焊接基層時的(de)消氫溫度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部(bu)件的焊接技術要求(qiu)
①. 封頭拼接
封(feng)(feng)(feng)頭(tou)(tou)拼接(jie)最為關鍵的(de)是制(zhi)訂焊接(jie)順(shun)序、成(cheng)形工藝(yi)和(he)熱處理(li)(li)工藝(yi)。為了保(bao)證基(ji)層(ceng)(ceng)Q345R的(de)設(she)計(ji)強度(du)，封(feng)(feng)(feng)頭(tou)(tou)在(zai)熱成(cheng)形后(hou)(hou)要進(jin)行(xing)恢(hui)復(fu)力(li)學(xue)性能的(de)正火(huo)處理(li)(li)；而(er)不銹鋼(gang)的(de)敏化(hua)溫(wen)度(du)區間(jian)為500～800℃，若在(zai)此區間(jian)時(shi)間(jian)停留過長(chang)，則(ze)會(hui)導致復(fu)層(ceng)(ceng)晶(jing)界析(xi)出σ相，產生組(zu)織脆化(hua)，引起晶(jing)間(jian)腐蝕。為了保(bao)證復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)快(kuai)速(su)冷(leng)卻和(he)基(ji)層(ceng)(ceng)的(de)空冷(leng)，封(feng)(feng)(feng)頭(tou)(tou)熱壓成(cheng)形后(hou)(hou)采用復(fu)層(ceng)(ceng)噴霧水的(de)快(kuai)冷(leng)工藝(yi)。為了保(bao)證過渡層(ceng)(ceng)和(he)復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)焊縫質量，在(zai)基(ji)層(ceng)(ceng)焊接(jie)完成(cheng)后(hou)(hou)，進(jin)行(xing)封(feng)(feng)(feng)頭(tou)(tou)的(de)成(cheng)形和(he)正火(huo)處理(li)(li)。在(zai)母材試板(ban)合格(ge)后(hou)(hou)，進(jin)行(xing)過渡層(ceng)(ceng)的(de)焊接(jie)，復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)焊接(jie)在(zai)去應力(li)處理(li)(li)后(hou)(hou)進(jin)行(xing)，確保(bao)設(she)備的(de)焊接(jie)質量。封(feng)(feng)(feng)頭(tou)(tou)的(de)拼接(jie)工藝(yi)評定(ding)力(li)學(xue)性能見(jian)表(biao)5-56。
②. 筒體焊(han)接(jie)
筒(tong)體焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時先進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)內(nei)側基(ji)層(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，采用埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時應(ying)預留3～5mm不焊(han)(han)(han)(han)，再用焊(han)(han)(han)(han)條電弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)(han)填充，以免將埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)(han)的焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)焊(han)(han)(han)(han)在復(fu)層(ceng)(ceng)上(shang)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)完畢后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)消(xiao)氫處理；再從外(wai)側用碳(tan)弧(hu)(hu)氣刨進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)清根，用角磨機打磨掉滲碳(tan)層(ceng)(ceng)；對(dui)外(wai)側進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)基(ji)層(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)完畢后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)消(xiao)氫處理；對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)100％的RT無損(sun)檢(jian)測(ce)，RT合格后(hou)對(dui)復(fu)層(ceng)(ceng)側的基(ji)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)余高進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)磨平，再對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)表面進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)100％PT無損(sun)檢(jian)測(ce)；再進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)過渡層(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，待熱處理后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)復(fu)層(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)。
③. 錐體的焊接
錐(zhui)體(ti)(ti)由四節(jie)組(zu)成，其中(zhong)兩(liang)節(jie)為(wei)8（錐(zhui)體(ti)(ti)壁厚）100mm＋4mm，一節(jie)為(wei)860mm＋4mm，一節(jie)為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)體(ti)(ti)的(de)夾角為(wei)60°，錐(zhui)體(ti)(ti)的(de)坡(po)口在立車上加(jia)工。其中(zhong)8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)錐(zhui)體(ti)(ti)環(huan)(huan)焊(han)縫在專用的(de)焊(han)接輔助工裝(zhuang)進行(xing)埋弧(hu)焊(han)焊(han)接外側基層(ceng)，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端的(de)錐(zhui)體(ti)(ti)環(huan)(huan)焊(han)縫采(cai)用了全焊(han)條電弧(hu)焊(han)的(de)工藝(yi)。
④. 殼體與堆(dui)焊(han)接管(guan)的焊(han)接
坡口的(de)(de)(de)制備如(ru)圖5-28a所示。大(da)厚(hou)(hou)壁殼(ke)體(ti)與堆(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)管的(de)(de)(de)基(ji)層焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，由于剛度大(da)、拘束度大(da)，其(qi)預熱溫(wen)度應比殼(ke)體(ti)對(dui)(dui)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)預熱溫(wen)度要高(gao)，預熱溫(wen)度應控制在(zai)200℃以上(shang)。為了(le)減輕(qing)大(da)厚(hou)(hou)堆(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)管在(zai)筒體(ti)上(shang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形(xing)(xing)，在(zai)筒體(ti)內部安(an)裝(zhuang)工裝(zhuang)支撐，同時從焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝、焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)順序(xu)方(fang)面加以控制焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形(xing)(xing)，采用細焊(han)(han)(han)條、小電流、分(fen)段(duan)焊(han)(han)(han)、多層多道焊(han)(han)(han)等方(fang)法。為了(le)防止打底(di)層焊(han)(han)(han)縫(feng)因收縮應力(li)過(guo)大(da)而引起焊(han)(han)(han)縫(feng)開(kai)裂，打底(di)焊(han)(han)(han)層一般分(fen)為6～8段(duan)，后(hou)續焊(han)(han)(han)道可(ke)以逐步減少分(fen)段(duan)數，可(ke)以降低焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)殘余應力(li)。基(ji)層焊(han)(han)(han)后(hou)立即進(jin)行(xing)消氫處理和保溫(wen)緩冷，冷卻(que)至常溫(wen)后(hou)對(dui)(dui)基(ji)層焊(han)(han)(han)縫(feng)進(jin)行(xing)100％UT無損檢測(ce)。UT無損檢測(ce)合格后(hou)，再按要求進(jin)行(xing)過(guo)渡層的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)和熱處理后(hou)進(jin)行(xing)復層的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
⑤. 殼體與不銹(xiu)鋼(gang)接管的焊接
坡口的制備(bei)如圖5-28b所(suo)示。采(cai)用對殼體(ti)開孔處(chu)(chu)的基層預先(xian)進行堆焊(han)(han)過渡層的工藝，焊(han)(han)接(jie)時采(cai)用短弧、小電流、反極性、快速窄道(dao)(dao)焊(han)(han)和多(duo)(duo)層多(duo)(duo)道(dao)(dao)焊(han)(han)的焊(han)(han)接(jie)工藝，從(cong)而保(bao)證了(le)焊(han)(han)接(jie)質量。嚴格控制道(dao)(dao)間(jian)溫度，一(yi)般不要高于150℃。由(you)于此處(chu)(chu)的剛(gang)度、拘束度和焊(han)(han)接(jie)應力(li)都非常大(da)，對不銹(xiu)鋼之(zhi)間(jian)的焊(han)(han)接(jie)也采(cai)取了(le)預熱100℃以上(shang)的工藝。焊(han)(han)接(jie)后進行保(bao)溫緩冷，冷卻(que)至常溫后對角(jiao)焊(han)(han)縫進100％UT無(wu)損檢(jian)測。
4. 焊縫(feng)的返修要求
a. 表(biao)面缺陷的返修
缺陷(xian)(xian)經修(xiu)磨清(qing)除后，修(xiu)磨處(chu)的(de)厚度(du)不(bu)應小(xiao)于(yu)(yu)設計厚度(du)，磨除厚度(du)應小(xiao)于(yu)(yu)容(rong)器(qi)名義厚度(du)的(de)2％且不(bu)大1mm，超(chao)出(chu)時應予補焊。缺陷(xian)(xian)清(qing)除后，應進行外觀檢查，要求表(biao)面光滑平(ping)整、過渡平(ping)緩(huan)，表(biao)面需作無損(sun)檢測(ce)。
b. 局部缺陷的返(fan)修(xiu)
在(zai)焊縫缺陷(xian)返修(xiu)前應(ying)對返修(xiu)周圍(wei)進行預熱(re)，預熱(re)溫度(du)為100～150℃，并(bing)應(ying)用超(chao)聲(sheng)波檢測儀測定缺陷(xian)深度(du)，根據(ju)缺陷(xian)深度(du)確(que)定在(zai)哪(na)一側(ce)返修(xiu)，清除(chu)缺陷(xian)時，應(ying)控制在(zai)鋼板(ban)厚度(du)的(de)2/3以內（從返修(xiu)側(ce)表面計算），若超(chao)過焊縫深度(du)2/3仍殘留缺陷(xian)時，應(ying)立即(ji)停止(zhi)清除(chu)并(bing)進行補(bu)(bu)焊，補(bu)(bu)焊時應(ying)采用多層多道(dao)焊，不需要擺動焊。然后在(zai)其背(bei)面再(zai)次清除(chu)缺陷(xian)，進行補(bu)(bu)焊，補(bu)(bu)焊長度(du)應(ying)＞80mm。
5. 焊接不銹鋼復層時的注意事項
a. 焊接前應在(zai)坡(po)口(kou)兩側各100mm范圍內，涂刷“防飛濺(jian)劑”，以防止飛濺(jian)沾污復(fu)層表面(mian)。
b. 焊接時采用(yong)小(xiao)熱輸入、快速焊、短弧(hu)焊、不擺動、多道焊的方法(fa)。
c. 嚴格控制道間溫度，不超過工(gong)藝要求。
三、焊后(hou)熱處理工藝的制(zhi)定(ding)
1. 封頭(tou)的正火處(chu)理工藝
封頭在熱(re)成形后(hou)，為了保證基層(ceng)Q345R的設計(ji)強度，需要(yao)進行(xing)恢復力(li)學(xue)性能的正火處理(li)，Q345R的正火工藝要(yao)求(qiu)溫度控制(zhi)在880～940℃。封頭經過正火處理(li)后(hou)，對同爐母材試板進行(xing)力(li)學(xue)性能分析和對復層(ceng)進行(xing)晶間腐蝕試驗，結果都(dou)達到了設計(ji)要(yao)求(qiu)。
2. 筒(tong)片(pian)卷(juan)制后的熱處理工藝
筒(tong)體壁(bi)厚大于圓筒(tong)內(nei)徑的3％時，應(ying)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)。筒(tong)體卷制成形后，進(jin)行(xing)了消除卷制應(ying)力的熱處(chu)理(li)，其熱處(chu)理(li)溫度(du)為（580±10）℃。
3. 設備的去(qu)應力熱處理工藝(yi)
不(bu)銹鋼復(fu)合板的(de)(de)焊(han)后熱處理(li)，要(yao)避免復(fu)層母材和焊(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭中鉻碳化合物(wu)析出和形成σ相，采(cai)用較低的(de)(de)熱處理(li)溫度，即（580±10）℃的(de)(de)退火(huo)工藝，保(bao)溫時(shi)間按(an)正(zheng)常(chang)所需時(shi)間進(jin)行(xing)保(bao)溫。由于錐體(ti)的(de)(de)復(fu)層若要(yao)在最后焊(han)接(jie)(jie)，其焊(han)接(jie)(jie)環境比較惡劣，所以(yi)把設備分為上(shang)下兩段進(jin)行(xing)整體(ti)熱處理(li)，而在錐體(ti)與(yu)筒體(ti)連接(jie)(jie)的(de)(de)第(di)二(er)節筒體(ti)上(shang)進(jin)行(xing)收口，焊(han)接(jie)(jie)完畢后，進(jin)行(xing)局部熱處理(li)。
四(si)、防止復層損(sun)傷的幾項措施
1. 為了防止復合(he)板的損傷，應對(dui)復層用粘膠布進行保護(hu)；卷板時，對(dui)滾筒用麻繩或包(bao)不銹(xiu)鋼(gang)皮進行保護(hu)。
2. 起吊(diao)時用(yong)專用(yong)工(gong)裝卡(ka)具進行起吊(diao)。
3. 焊工在筒體內進(jin)行焊接時，必(bi)須穿布鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五、根(gen)據(ju)設計圖樣的要(yao)求，焊縫(feng)檢測質量(liang)應(ying)達到(dao)BI級
焊接(jie)完(wan)畢(bi)對(dui)設(she)備(bei)(bei)縱、環焊縫進(jin)行100％的y射線檢測(ce)(ce)，焊縫一次(ci)合格(ge)率(lv)達(da)到(dao)98％，未出(chu)現裂紋(wen)、未熔(rong)合等缺陷；對(dui)復(fu)層進(jin)行100％PT無(wu)損檢測(ce)(ce)，結果達(da)到(dao)100％I級合格(ge)要(yao)(yao)求。對(dui)設(she)備(bei)(bei)焊接(jie)試板進(jin)行了力學性(xing)能試驗，結果完(wan)全達(da)到(dao)設(she)計要(yao)(yao)求。
洗滌塔的(de)成功制(zhi)(zhi)作，對(dui)設(she)備制(zhi)(zhi)造廠家解決了(le)大(da)厚型(xing)不(bu)銹(xiu)鋼復合板設(she)備的(de)焊接技術(shu)和制(zhi)(zhi)作積(ji)累(lei)了(le)豐富(fu)的(de)經驗，對(dui)今后(hou)同類大(da)型(xing)設(she)備的(de)制(zhi)(zhi)作有很好的(de)借鑒(jian)和指(zhi)導意義。
