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(bu)銹鋼復合板洗滌塔的結構參數見表5-53。
一、不(bu)銹鋼(gang)復合板焊接性(xing)分析(xi)
不銹鋼復合(he)板焊接(jie)的(de)(de)(de)最關鍵是過渡層(ceng)的(de)(de)(de)焊接(jie)，其(qi)屬(shu)于異種鋼的(de)(de)(de)焊接(jie)，焊接(jie)時(shi)要(yao)兼顧(gu)基(ji)層(ceng)和復層(ceng)2種不同鋼材的(de)(de)(de)性(xing)能。應選用合(he)適的(de)(de)(de)填充材料，同時(shi)要(yao)嚴格控制焊接(jie)熱輸人，使碳鋼基(ji)層(ceng)一側熔深較淺，以減少(shao)焊縫(feng)金(jin)屬(shu)的(de)(de)(de)稀釋和基(ji)層(ceng)合(he)金(jin)化。
二(er)、焊(han)接(jie)工(gong)藝制定
1. 坡口(kou)形式確(que)定
根據圖(tu)樣要求和工藝條件，縱縫(feng)、拼縫(feng)的(de)坡口(kou)(kou)(kou)采(cai)用(yong)雙U形＋V形的(de)坡口(kou)(kou)(kou)形式(shi)，如(ru)圖(tu)5-26a所示(shi)(shi)；環(huan)縫(feng)的(de)坡口(kou)(kou)(kou)采(cai)用(yong)UV形的(de)坡口(kou)(kou)(kou)形式(shi)，如(ru)圖(tu)5-26b所示(shi)(shi)。
采用這兩(liang)種坡口形式的優點為：
①. 縱縫、拼縫的基(ji)層采用(yong)(yong)雙U形(xing)坡口，可以(yi)(yi)提高(gao)效率(lv)，減(jian)少焊(han)接變形(xing)，防(fang)止筒體產生(sheng)內(nei)棱角(jiao)，避免焊(han)縫內(nei)部存在過(guo)大的焊(han)接應力；而(er)環縫的基(ji)層采用(yong)(yong)UV形(xing)坡口，可以(yi)(yi)減(jian)少過(guo)渡層與復(fu)層的填(tian)充金(jin)屬量，以(yi)(yi)提高(gao)效率(lv)，同時也減(jian)少復(fu)層焊(han)縫的多次受(shou)熱，以(yi)(yi)免熔合線(xian)附(fu)近(jin)產生(sheng)晶間腐蝕。
②. 焊接過渡層時(shi)熔合(he)比小(xiao)，可降低焊縫(feng)金屬的稀釋率，以保證(zheng)過渡層焊縫(feng)性能。
③. 能避免基(ji)層焊縫(feng)焊到復層上(shang)，以保證(zheng)復層的耐蝕性。
2. 焊(han)接(jie)材料(liao)選擇
為了保證焊(han)縫(feng)質量(liang)(liang)，焊(han)接(jie)時應嚴(yan)格控制(zhi)焊(han)縫(feng)中有害(hai)雜質元(yuan)素S、P的含量(liang)(liang)和焊(han)縫(feng)金(jin)屬的C含量(liang)(liang)，限(xian)制(zhi)焊(han)接(jie)熱(re)輸入(ru)及高溫度停留時間(jian)。不銹鋼復合板洗滌塔的焊(han)材選用情況見表 5-54 。
3. 焊接技術要求
a. 焊接不(bu)銹鋼復(fu)合(he)板(ban)洗(xi)滌(di)塔所(suo)采用的焊接參數見表5-55。焊接基(ji)層時的消(xiao)氫溫(wen)度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部(bu)件的焊接技術要求(qiu)
①. 封頭拼接(jie)
封(feng)(feng)(feng)頭(tou)拼(pin)接最為(wei)關鍵(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)是制(zhi)訂焊接順序(xu)、成(cheng)形(xing)(xing)工藝和(he)(he)熱處(chu)(chu)理工藝。為(wei)了保(bao)證基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)Q345R的(de)(de)(de)(de)(de)設計強度(du)，封(feng)(feng)(feng)頭(tou)在(zai)(zai)熱成(cheng)形(xing)(xing)后(hou)要(yao)進(jin)(jin)行(xing)恢復(fu)力(li)學(xue)性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)正火處(chu)(chu)理；而不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)敏化溫度(du)區(qu)(qu)間(jian)為(wei)500～800℃，若(ruo)在(zai)(zai)此區(qu)(qu)間(jian)時間(jian)停留過長，則會導致復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)晶界析(xi)出σ相，產生組(zu)織脆化，引起(qi)晶間(jian)腐蝕(shi)。為(wei)了保(bao)證復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)(kuai)速冷卻和(he)(he)基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)空(kong)冷，封(feng)(feng)(feng)頭(tou)熱壓成(cheng)形(xing)(xing)后(hou)采(cai)用復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)噴霧水的(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)(kuai)冷工藝。為(wei)了保(bao)證過渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊縫質量，在(zai)(zai)基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊接完成(cheng)后(hou)，進(jin)(jin)行(xing)封(feng)(feng)(feng)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)形(xing)(xing)和(he)(he)正火處(chu)(chu)理。在(zai)(zai)母材試板合格(ge)后(hou)，進(jin)(jin)行(xing)過渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊接，復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊接在(zai)(zai)去應(ying)力(li)處(chu)(chu)理后(hou)進(jin)(jin)行(xing)，確保(bao)設備的(de)(de)(de)(de)(de)焊接質量。封(feng)(feng)(feng)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)拼(pin)接工藝評(ping)定力(li)學(xue)性(xing)能見(jian)表5-56。
②. 筒體焊(han)接
筒體(ti)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)先(xian)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)內(nei)側(ce)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，采用埋弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)應預留(liu)3～5mm不焊(han)(han)(han)(han)，再(zai)用焊(han)(han)(han)(han)條電弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)填充(chong)，以免將(jiang)埋弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)(han)縫焊(han)(han)(han)(han)在復層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上(shang)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)(wan)畢(bi)后進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)氫處(chu)理；再(zai)從外(wai)側(ce)用碳弧(hu)氣刨進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)清根，用角(jiao)磨(mo)機打磨(mo)掉滲碳層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)；對(dui)(dui)外(wai)側(ce)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)(wan)畢(bi)后進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)氫處(chu)理；對(dui)(dui)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)100％的(de)RT無(wu)損檢(jian)(jian)測，RT合格后對(dui)(dui)復層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)側(ce)的(de)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫余高(gao)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)磨(mo)平，再(zai)對(dui)(dui)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表面進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)100％PT無(wu)損檢(jian)(jian)測；再(zai)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)過渡層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，待(dai)熱處(chu)理后進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)復層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
③. 錐體的(de)焊接(jie)
錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)由四(si)節(jie)(jie)組(zu)成(cheng)，其中(zhong)兩節(jie)(jie)為(wei)8（錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)壁厚）100mm＋4mm，一(yi)節(jie)(jie)為(wei)860mm＋4mm，一(yi)節(jie)(jie)為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)的(de)夾角為(wei)60°，錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)的(de)坡口在(zai)立(li)車上加工(gong)(gong)。其中(zhong)8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)環焊(han)縫在(zai)專用(yong)的(de)焊(han)接(jie)輔助工(gong)(gong)裝(zhuang)進行埋弧(hu)焊(han)焊(han)接(jie)外側基層，如(ru)圖(tu)5-27所示。830mm＋4mm 頂(ding)端(duan)的(de)錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)環焊(han)縫采用(yong)了全焊(han)條電弧(hu)焊(han)的(de)工(gong)(gong)藝。
④. 殼體與(yu)堆焊(han)接管的(de)焊(han)接
坡口的制(zhi)備(bei)如(ru)圖5-28a所(suo)示(shi)。大(da)厚壁殼(ke)體(ti)(ti)與(yu)堆(dui)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)管的基層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，由于剛(gang)度大(da)、拘(ju)束度大(da)，其預熱溫(wen)度應(ying)(ying)比(bi)殼(ke)體(ti)(ti)對接(jie)(jie)的預熱溫(wen)度要高，預熱溫(wen)度應(ying)(ying)控(kong)制(zhi)在200℃以上(shang)。為了減輕大(da)厚堆(dui)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)管在筒體(ti)(ti)上(shang)的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變形(xing)，在筒體(ti)(ti)內部安裝工裝支撐，同(tong)時從(cong)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝、焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)順序方(fang)面加以控(kong)制(zhi)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變形(xing)，采用(yong)細焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)條、小電流、分(fen)段(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)、多層(ceng)(ceng)(ceng)多道(dao)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)等(deng)方(fang)法。為了防止打(da)底層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)因收縮(suo)應(ying)(ying)力過(guo)大(da)而引起焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)開(kai)裂，打(da)底焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)層(ceng)(ceng)(ceng)一般分(fen)為6～8段(duan)，后(hou)續焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)道(dao)可(ke)以逐步減少(shao)分(fen)段(duan)數，可(ke)以降低(di)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)殘余應(ying)(ying)力。基層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)立即進(jin)(jin)行消(xiao)氫處理(li)和保溫(wen)緩冷，冷卻(que)至常(chang)溫(wen)后(hou)對基層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)進(jin)(jin)行100％UT無損檢測(ce)。UT無損檢測(ce)合格后(hou)，再按要求(qiu)進(jin)(jin)行過(guo)渡層(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)和熱處理(li)后(hou)進(jin)(jin)行復層(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
⑤. 殼體與不銹鋼接管的焊接
坡口的(de)(de)(de)制備如圖5-28b所示。采用(yong)對(dui)殼體(ti)開孔處的(de)(de)(de)基層(ceng)預(yu)先(xian)進(jin)(jin)行堆焊(han)(han)(han)過渡層(ceng)的(de)(de)(de)工藝(yi)，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時采用(yong)短弧、小(xiao)電流、反極性(xing)、快速窄道焊(han)(han)(han)和多層(ceng)多道焊(han)(han)(han)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝(yi)，從而保證(zheng)了焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)質(zhi)量(liang)。嚴格控(kong)制道間溫度，一般不(bu)要高(gao)于(yu)150℃。由(you)于(yu)此處的(de)(de)(de)剛度、拘束度和焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)應(ying)力都非(fei)常大，對(dui)不(bu)銹鋼之間的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)也采取了預(yu)熱100℃以(yi)上的(de)(de)(de)工藝(yi)。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)后(hou)進(jin)(jin)行保溫緩冷，冷卻(que)至常溫后(hou)對(dui)角焊(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)100％UT無損檢測。
4. 焊縫的返修要求
a. 表面缺(que)陷(xian)的(de)返(fan)修
缺陷經修磨清(qing)(qing)除后(hou)，修磨處(chu)的(de)厚(hou)度不(bu)(bu)應(ying)小于(yu)(yu)設計厚(hou)度，磨除厚(hou)度應(ying)小于(yu)(yu)容器名義厚(hou)度的(de)2％且不(bu)(bu)大1mm，超出時應(ying)予補焊。缺陷清(qing)(qing)除后(hou)，應(ying)進行外觀檢(jian)查，要(yao)求表面光滑平整、過渡平緩(huan)，表面需(xu)作無損檢(jian)測(ce)。
b. 局部缺陷的返修(xiu)
在(zai)焊(han)(han)縫缺(que)陷(xian)返(fan)修(xiu)前應對返(fan)修(xiu)周(zhou)圍進行預(yu)熱(re)，預(yu)熱(re)溫度(du)(du)為(wei)100～150℃，并(bing)應用超(chao)聲(sheng)波檢測儀測定缺(que)陷(xian)深度(du)(du)，根據(ju)缺(que)陷(xian)深度(du)(du)確定在(zai)哪一側返(fan)修(xiu)，清(qing)除缺(que)陷(xian)時(shi)，應控(kong)制在(zai)鋼板(ban)厚度(du)(du)的(de)2/3以內（從返(fan)修(xiu)側表面(mian)計(ji)算），若(ruo)超(chao)過焊(han)(han)縫深度(du)(du)2/3仍殘留缺(que)陷(xian)時(shi)，應立即停(ting)止(zhi)清(qing)除并(bing)進行補(bu)焊(han)(han)，補(bu)焊(han)(han)時(shi)應采(cai)用多層多道焊(han)(han)，不需要擺動焊(han)(han)。然后在(zai)其背面(mian)再次清(qing)除缺(que)陷(xian)，進行補(bu)焊(han)(han)，補(bu)焊(han)(han)長度(du)(du)應＞80mm。
5. 焊接不銹鋼(gang)復層時的(de)注意事項
a. 焊接前應在坡口兩側各100mm范圍內，涂刷“防(fang)飛(fei)濺(jian)劑”，以防(fang)止飛(fei)濺(jian)沾污(wu)復層(ceng)表面(mian)。
b. 焊(han)(han)接時(shi)采用小熱(re)輸入、快速焊(han)(han)、短弧(hu)焊(han)(han)、不(bu)擺動、多道焊(han)(han)的(de)方法。
c. 嚴(yan)格控制道間溫度，不超過工藝要求。
三、焊(han)后熱處(chu)理工藝的(de)制定
1. 封頭(tou)的(de)正火處(chu)理工藝
封(feng)頭(tou)在熱成(cheng)形后，為(wei)了保證基層Q345R的(de)設(she)計強(qiang)度，需要(yao)進行恢復力學(xue)性(xing)能的(de)正(zheng)火處理(li)，Q345R的(de)正(zheng)火工藝要(yao)求溫度控制在880～940℃。封(feng)頭(tou)經過(guo)正(zheng)火處理(li)后，對(dui)同(tong)爐母材試(shi)(shi)板進行力學(xue)性(xing)能分析和(he)對(dui)復層進行晶間腐蝕試(shi)(shi)驗，結果都達到了設(she)計要(yao)求。
2. 筒(tong)片卷制后的(de)熱處(chu)理工藝
筒體(ti)壁厚大于圓筒內徑的3％時(shi)，應進行(xing)處理(li)。筒體(ti)卷制成形后，進行(xing)了消(xiao)除卷制應力的熱處理(li)，其熱處理(li)溫度為(wei)（580±10）℃。
3. 設備(bei)的去應(ying)力(li)熱處理工(gong)藝(yi)
不銹(xiu)鋼復(fu)(fu)合板的焊(han)后熱(re)處(chu)(chu)理(li)，要避免(mian)復(fu)(fu)層(ceng)母材和(he)(he)焊(han)接接頭中(zhong)鉻(ge)碳化合物析出(chu)和(he)(he)形成σ相(xiang)，采用較低(di)的熱(re)處(chu)(chu)理(li)溫(wen)度(du)，即（580±10）℃的退(tui)火工藝，保(bao)溫(wen)時(shi)間(jian)按正常所需時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)保(bao)溫(wen)。由(you)于錐體(ti)的復(fu)(fu)層(ceng)若要在(zai)最后焊(han)接，其(qi)焊(han)接環境(jing)比(bi)較惡劣(lie)，所以(yi)把設備(bei)分為上(shang)下兩段進(jin)行(xing)整體(ti)熱(re)處(chu)(chu)理(li)，而在(zai)錐體(ti)與筒體(ti)連接的第二(er)節筒體(ti)上(shang)進(jin)行(xing)收口(kou)，焊(han)接完畢后，進(jin)行(xing)局部熱(re)處(chu)(chu)理(li)。
四、防止(zhi)復(fu)層損傷(shang)的幾項(xiang)措施(shi)
1. 為了防止復(fu)(fu)合板(ban)(ban)的損傷，應(ying)對(dui)復(fu)(fu)層用粘膠(jiao)布進(jin)行(xing)保護(hu)；卷板(ban)(ban)時，對(dui)滾(gun)筒用麻(ma)繩(sheng)或包(bao)不銹鋼皮(pi)進(jin)行(xing)保護(hu)。
2. 起吊時用(yong)專用(yong)工裝卡具進(jin)行(xing)起吊。
3. 焊(han)工在筒體(ti)內進行焊(han)接時，必(bi)須穿(chuan)布鞋或膠鞋。
五、根據設計圖(tu)樣的(de)要求(qiu)，焊縫(feng)檢(jian)測質量應達到BI級(ji)
焊接完(wan)畢對設備縱、環焊縫進(jin)(jin)行100％的y射線檢測，焊縫一(yi)次合格率達(da)到(dao)98％，未出現裂(lie)紋、未熔合等缺陷；對復(fu)層進(jin)(jin)行100％PT無損檢測，結果(guo)達(da)到(dao)100％I級合格要求。對設備焊接試(shi)板進(jin)(jin)行了力(li)學性能(neng)試(shi)驗，結果(guo)完(wan)全(quan)達(da)到(dao)設計要求。
洗滌塔(ta)的(de)成功制(zhi)(zhi)作，對(dui)設備(bei)(bei)制(zhi)(zhi)造(zao)廠家解決(jue)了大厚型(xing)不(bu)銹鋼復合板設備(bei)(bei)的(de)焊(han)接技術和制(zhi)(zhi)作積累了豐富(fu)的(de)經驗，對(dui)今后同類大型(xing)設備(bei)(bei)的(de)制(zhi)(zhi)作有很(hen)好的(de)借(jie)鑒和指導意義。
