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(bu)銹鋼復合板，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(bu)銹鋼復合(he)板焊接(jie)性分析
不銹(xiu)鋼復(fu)合(he)(he)板焊(han)接的(de)(de)最關鍵是過(guo)渡層的(de)(de)焊(han)接，其(qi)屬于(yu)異種鋼的(de)(de)焊(han)接，焊(han)接時(shi)要兼顧基層和復(fu)層2種不同(tong)鋼材的(de)(de)性(xing)能。應選用合(he)(he)適的(de)(de)填充材料，同(tong)時(shi)要嚴格控制焊(han)接熱輸(shu)人，使(shi)碳(tan)鋼基層一側熔(rong)深(shen)較淺，以減少焊(han)縫金(jin)屬的(de)(de)稀釋(shi)和基層合(he)(he)金(jin)化。
二、焊接(jie)工藝(yi)制定(ding)
1. 坡口形(xing)式確定
根(gen)據圖樣要求(qiu)和工(gong)藝條件，縱縫(feng)(feng)、拼(pin)縫(feng)(feng)的(de)(de)坡口(kou)采用(yong)雙(shuang)U形＋V形的(de)(de)坡口(kou)形式(shi)，如(ru)圖5-26a所示；環縫(feng)(feng)的(de)(de)坡口(kou)采用(yong)UV形的(de)(de)坡口(kou)形式(shi)，如(ru)圖5-26b所示。
采用這兩種坡口形式的優點為(wei)：
①. 縱縫(feng)(feng)、拼縫(feng)(feng)的(de)(de)基層(ceng)采(cai)用雙U形(xing)坡口(kou)，可以提(ti)(ti)高效率(lv)，減(jian)少焊(han)接(jie)變(bian)形(xing)，防(fang)止(zhi)筒體產(chan)生(sheng)內棱角，避免(mian)焊(han)縫(feng)(feng)內部存在過大的(de)(de)焊(han)接(jie)應力；而環縫(feng)(feng)的(de)(de)基層(ceng)采(cai)用UV形(xing)坡口(kou)，可以減(jian)少過渡層(ceng)與復層(ceng)的(de)(de)填充金屬量，以提(ti)(ti)高效率(lv)，同時也減(jian)少復層(ceng)焊(han)縫(feng)(feng)的(de)(de)多次(ci)受熱，以免(mian)熔合線附近(jin)產(chan)生(sheng)晶間腐蝕。
②. 焊(han)接過渡(du)層(ceng)時熔(rong)合比小(xiao)，可降(jiang)低焊(han)縫金屬的稀釋率，以保證過渡(du)層(ceng)焊(han)縫性能。
③. 能避免基層(ceng)焊縫焊到復層(ceng)上(shang)，以(yi)保(bao)證復層(ceng)的耐蝕性。
2. 焊(han)接材料選擇
為(wei)了保證(zheng)焊(han)縫質量，焊(han)接時(shi)應嚴格控制焊(han)縫中有害雜質元素S、P的(de)含量和焊(han)縫金屬的(de)C含量，限(xian)制焊(han)接熱輸入及高溫度停留時(shi)間。不銹鋼復合板洗滌塔(ta)的(de)焊(han)材(cai)選用情況(kuang)見表 5-54 。
3. 焊接技(ji)術要求
a. 焊(han)(han)接不銹鋼復合板(ban)洗滌(di)塔所采(cai)用的焊(han)(han)接參數(shu)見表5-55。焊(han)(han)接基層(ceng)時的消氫溫度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部件(jian)的焊接技(ji)術要求
①. 封頭拼(pin)接
封(feng)(feng)頭拼接(jie)(jie)最(zui)為(wei)關鍵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)是制訂焊(han)接(jie)(jie)順序、成(cheng)形工藝(yi)(yi)和(he)熱處(chu)理(li)工藝(yi)(yi)。為(wei)了(le)保(bao)證基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)Q345R的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計強度，封(feng)(feng)頭在(zai)熱成(cheng)形后(hou)要進(jin)(jin)行恢復(fu)力學性能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)正火(huo)處(chu)理(li)；而不銹鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)敏化溫度區間(jian)為(wei)500～800℃，若在(zai)此區間(jian)時間(jian)停留(liu)過(guo)長(chang)，則會導致復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)晶界(jie)析出σ相，產生組織脆化，引(yin)起晶間(jian)腐(fu)蝕(shi)。為(wei)了(le)保(bao)證復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)速冷(leng)卻和(he)基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)冷(leng)，封(feng)(feng)頭熱壓成(cheng)形后(hou)采用(yong)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)噴霧(wu)水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)冷(leng)工藝(yi)(yi)。為(wei)了(le)保(bao)證過(guo)渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫質量(liang)，在(zai)基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)接(jie)(jie)完成(cheng)后(hou)，進(jin)(jin)行封(feng)(feng)頭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)形和(he)正火(huo)處(chu)理(li)。在(zai)母材試板合格后(hou)，進(jin)(jin)行過(guo)渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)，復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)在(zai)去(qu)應力處(chu)理(li)后(hou)進(jin)(jin)行，確保(bao)設(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)質量(liang)。封(feng)(feng)頭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)拼接(jie)(jie)工藝(yi)(yi)評定力學性能見表5-56。
②. 筒(tong)體焊接
筒體焊(han)(han)接(jie)時先進(jin)(jin)行(xing)(xing)內側基層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)，采用埋(mai)弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)時應預留3～5mm不焊(han)(han)，再用焊(han)(han)條(tiao)電(dian)弧焊(han)(han)填充(chong)，以免將埋(mai)弧焊(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)縫(feng)(feng)焊(han)(han)在(zai)復(fu)層(ceng)(ceng)上，焊(han)(han)接(jie)完畢后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)氫處理；再從外側用碳弧氣刨進(jin)(jin)行(xing)(xing)清根(gen)，用角磨(mo)機打磨(mo)掉滲碳層(ceng)(ceng)；對外側進(jin)(jin)行(xing)(xing)基層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)接(jie)完畢后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)氫處理；對基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％的(de)(de)RT無損(sun)檢測(ce)，RT合(he)格后(hou)對復(fu)層(ceng)(ceng)側的(de)(de)基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)余(yu)高(gao)進(jin)(jin)行(xing)(xing)磨(mo)平，再對基層(ceng)(ceng)表面進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％PT無損(sun)檢測(ce)；再進(jin)(jin)行(xing)(xing)過渡層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)，待(dai)熱處理后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)。
③. 錐體的焊接
錐(zhui)體(ti)由四節組成，其中兩節為(wei)8（錐(zhui)體(ti)壁厚）100mm＋4mm，一節為(wei)860mm＋4mm，一節為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)體(ti)的(de)(de)夾角為(wei)60°，錐(zhui)體(ti)的(de)(de)坡口(kou)在立車上加工。其中8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)(de)錐(zhui)體(ti)環焊(han)縫(feng)在專(zhuan)用的(de)(de)焊(han)接(jie)輔(fu)助(zhu)工裝(zhuang)進行埋弧焊(han)焊(han)接(jie)外側基層(ceng)，如(ru)圖5-27所示。830mm＋4mm 頂(ding)端的(de)(de)錐(zhui)體(ti)環焊(han)縫(feng)采用了全焊(han)條電弧焊(han)的(de)(de)工藝。
④. 殼體與堆焊接(jie)管的(de)焊接(jie)
坡(po)口(kou)的(de)(de)制(zhi)備如圖5-28a所示。大(da)厚(hou)(hou)壁(bi)殼體與(yu)堆焊(han)(han)(han)(han)接管的(de)(de)基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)接，由于剛度大(da)、拘(ju)束(shu)度大(da)，其預熱(re)溫(wen)度應(ying)比殼體對接的(de)(de)預熱(re)溫(wen)度要高，預熱(re)溫(wen)度應(ying)控制(zhi)在(zai)200℃以上(shang)。為了減輕大(da)厚(hou)(hou)堆焊(han)(han)(han)(han)接管在(zai)筒體上(shang)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接變形(xing)(xing)，在(zai)筒體內(nei)部安裝(zhuang)(zhuang)工(gong)裝(zhuang)(zhuang)支撐，同時從焊(han)(han)(han)(han)接工(gong)藝(yi)、焊(han)(han)(han)(han)接順序方面加以控制(zhi)焊(han)(han)(han)(han)接變形(xing)(xing)，采用細焊(han)(han)(han)(han)條、小電(dian)流、分(fen)段焊(han)(han)(han)(han)、多層(ceng)多道(dao)焊(han)(han)(han)(han)等方法。為了防止打(da)底層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫因(yin)收縮應(ying)力(li)過大(da)而引起焊(han)(han)(han)(han)縫開(kai)裂(lie)，打(da)底焊(han)(han)(han)(han)層(ceng)一般分(fen)為6～8段，后(hou)續焊(han)(han)(han)(han)道(dao)可(ke)以逐步(bu)減少分(fen)段數(shu)，可(ke)以降低焊(han)(han)(han)(han)接殘余應(ying)力(li)。基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)后(hou)立即進(jin)(jin)(jin)行消(xiao)氫處(chu)理和(he)(he)保溫(wen)緩冷，冷卻至常溫(wen)后(hou)對基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)(jin)行100％UT無損(sun)檢測。UT無損(sun)檢測合格后(hou)，再按要求(qiu)進(jin)(jin)(jin)行過渡層(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接和(he)(he)熱(re)處(chu)理后(hou)進(jin)(jin)(jin)行復層(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接。
⑤. 殼(ke)體(ti)與(yu)不銹(xiu)鋼(gang)接(jie)管(guan)的焊接(jie)
坡口的(de)(de)制備如圖5-28b所示。采用對殼(ke)體(ti)開孔處的(de)(de)基層(ceng)預先進行堆(dui)焊(han)(han)過渡層(ceng)的(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)，焊(han)(han)接(jie)時采用短弧、小(xiao)電(dian)流(liu)、反極性、快(kuai)速(su)窄道焊(han)(han)和(he)多層(ceng)多道焊(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)工(gong)(gong)藝(yi)，從而保(bao)證了(le)(le)焊(han)(han)接(jie)質(zhi)量。嚴(yan)格控制道間(jian)溫(wen)度(du)，一般不(bu)要高于150℃。由于此(ci)處的(de)(de)剛度(du)、拘束(shu)度(du)和(he)焊(han)(han)接(jie)應力都(dou)非常(chang)大，對不(bu)銹鋼(gang)之間(jian)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)也采取(qu)了(le)(le)預熱100℃以上的(de)(de)工(gong)(gong)藝(yi)。焊(han)(han)接(jie)后進行保(bao)溫(wen)緩冷，冷卻至常(chang)溫(wen)后對角焊(han)(han)縫進100％UT無損檢(jian)測。
4. 焊縫的返修要求
a. 表(biao)面缺陷的返修
缺陷(xian)經修(xiu)磨清除后，修(xiu)磨處的厚(hou)度(du)不應(ying)(ying)小于設計厚(hou)度(du)，磨除厚(hou)度(du)應(ying)(ying)小于容器(qi)名義厚(hou)度(du)的2％且不大1mm，超出時應(ying)(ying)予補焊。缺陷(xian)清除后，應(ying)(ying)進行(xing)外觀檢查，要求表(biao)面光滑平整、過渡平緩，表(biao)面需作(zuo)無損檢測。
b. 局(ju)部缺陷的返修
在(zai)(zai)焊(han)縫缺(que)(que)陷(xian)(xian)返(fan)修(xiu)(xiu)前應(ying)(ying)對返(fan)修(xiu)(xiu)周圍進行(xing)預熱，預熱溫度(du)(du)為100～150℃，并應(ying)(ying)用超(chao)聲波(bo)檢(jian)測儀測定(ding)缺(que)(que)陷(xian)(xian)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)，根據缺(que)(que)陷(xian)(xian)深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)確定(ding)在(zai)(zai)哪一側(ce)(ce)返(fan)修(xiu)(xiu)，清除缺(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi)，應(ying)(ying)控制在(zai)(zai)鋼板厚度(du)(du)的2/3以內(nei)（從返(fan)修(xiu)(xiu)側(ce)(ce)表(biao)面(mian)計算），若超(chao)過(guo)焊(han)縫深(shen)(shen)(shen)度(du)(du)2/3仍(reng)殘留缺(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi)，應(ying)(ying)立即停止清除并進行(xing)補(bu)(bu)焊(han)，補(bu)(bu)焊(han)時(shi)應(ying)(ying)采用多層多道焊(han)，不需要擺動焊(han)。然后在(zai)(zai)其背(bei)面(mian)再(zai)次清除缺(que)(que)陷(xian)(xian)，進行(xing)補(bu)(bu)焊(han)，補(bu)(bu)焊(han)長度(du)(du)應(ying)(ying)＞80mm。
5. 焊(han)接(jie)不(bu)銹鋼復層時的注(zhu)意事項
a. 焊(han)接前應在坡口兩側各100mm范圍內，涂刷“防(fang)飛濺劑”，以防(fang)止飛濺沾污復層(ceng)表面(mian)。
b. 焊接時采用小熱輸(shu)入、快速焊、短弧焊、不(bu)擺動、多道焊的方(fang)法。
c. 嚴格控制(zhi)道(dao)間溫(wen)度，不超過工藝要求(qiu)。
三(san)、焊后熱處理工藝的(de)制定
1. 封頭的正火處理工藝
封頭(tou)在(zai)熱成形(xing)后(hou)，為了保證基層(ceng)Q345R的設計強(qiang)度(du)，需要進行恢復力學性(xing)能的正(zheng)火(huo)處理(li)，Q345R的正(zheng)火(huo)工藝要求溫度(du)控(kong)制在(zai)880～940℃。封頭(tou)經過正(zheng)火(huo)處理(li)后(hou)，對(dui)(dui)同爐母材試板進行力學性(xing)能分析和對(dui)(dui)復層(ceng)進行晶(jing)間腐(fu)蝕試驗，結果都(dou)達到了設計要求。
2. 筒片卷制后的熱處理(li)工藝
筒體壁厚(hou)大于圓筒內(nei)徑的(de)3％時(shi)，應進(jin)行處(chu)理(li)。筒體卷(juan)制(zhi)成形后，進(jin)行了消除卷(juan)制(zhi)應力的(de)熱處(chu)理(li)，其熱處(chu)理(li)溫度(du)為（580±10）℃。
3. 設(she)備的去應力熱處理工藝
不(bu)銹鋼(gang)復(fu)(fu)合板(ban)的焊后(hou)熱(re)處(chu)理(li)，要(yao)避免復(fu)(fu)層(ceng)母材(cai)和焊接(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)頭中鉻(ge)碳化合物(wu)析出(chu)和形成σ相(xiang)，采用較低的熱(re)處(chu)理(li)溫度(du)，即(ji)（580±10）℃的退火工藝，保溫時間按正常所(suo)需時間進行(xing)保溫。由于錐(zhui)體(ti)(ti)的復(fu)(fu)層(ceng)若要(yao)在最后(hou)焊接(jie)(jie)(jie)(jie)，其焊接(jie)(jie)(jie)(jie)環境(jing)比較惡(e)劣，所(suo)以把設備分為上下(xia)兩段進行(xing)整(zheng)體(ti)(ti)熱(re)處(chu)理(li)，而在錐(zhui)體(ti)(ti)與筒(tong)體(ti)(ti)連接(jie)(jie)(jie)(jie)的第二(er)節(jie)筒(tong)體(ti)(ti)上進行(xing)收口，焊接(jie)(jie)(jie)(jie)完畢后(hou)，進行(xing)局部熱(re)處(chu)理(li)。
四、防止(zhi)復層損傷(shang)的幾項措施(shi)
1. 為了(le)防止復(fu)合板(ban)的(de)損(sun)傷，應(ying)對(dui)復(fu)層用(yong)粘膠布進行保護；卷板(ban)時，對(dui)滾筒(tong)用(yong)麻繩或包(bao)不銹鋼皮進行保護。
2. 起吊時用專用工(gong)裝卡(ka)具進行起吊。
3. 焊工在(zai)筒體內進行焊接時，必須穿布鞋或膠鞋。
五、根據設計圖樣的要求，焊縫檢測質(zhi)量應達到BI級
焊(han)接完(wan)畢對(dui)(dui)設(she)(she)(she)備(bei)縱、環焊(han)縫進行100％的y射線檢測(ce)，焊(han)縫一次合格(ge)率達(da)到98％，未出現裂紋、未熔(rong)合等缺陷(xian)；對(dui)(dui)復(fu)層(ceng)進行100％PT無損檢測(ce)，結果(guo)達(da)到100％I級合格(ge)要(yao)求(qiu)。對(dui)(dui)設(she)(she)(she)備(bei)焊(han)接試(shi)板進行了力學性能(neng)試(shi)驗，結果(guo)完(wan)全達(da)到設(she)(she)(she)計要(yao)求(qiu)。
洗滌塔的(de)成功制作(zuo)(zuo)，對(dui)設備(bei)制造廠家解決了(le)大厚(hou)型不銹鋼(gang)復合板設備(bei)的(de)焊接技術和制作(zuo)(zuo)積累了(le)豐富的(de)經驗，對(dui)今后同類大型設備(bei)的(de)制作(zuo)(zuo)有很好(hao)的(de)借鑒和指導意義(yi)。
