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(ban)，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(jie)性分析
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復合(he)(he)板焊(han)接的(de)最(zui)關(guan)鍵是(shi)過渡(du)層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接，其屬于異種鋼(gang)的(de)焊(han)接，焊(han)接時要(yao)兼(jian)顧(gu)基層(ceng)(ceng)和(he)復層(ceng)(ceng)2種不(bu)同(tong)鋼(gang)材的(de)性能。應選用合(he)(he)適的(de)填充材料，同(tong)時要(yao)嚴格控制焊(han)接熱輸人，使碳(tan)鋼(gang)基層(ceng)(ceng)一(yi)側熔深較淺，以減(jian)少焊(han)縫金屬的(de)稀釋和(he)基層(ceng)(ceng)合(he)(he)金化。
二、焊接工(gong)藝制定
1. 坡口(kou)形式確定
根(gen)據圖(tu)樣要求和工藝條(tiao)件，縱(zong)縫(feng)(feng)、拼縫(feng)(feng)的坡口(kou)(kou)(kou)采用雙U形(xing)＋V形(xing)的坡口(kou)(kou)(kou)形(xing)式，如(ru)圖(tu)5-26a所(suo)示；環縫(feng)(feng)的坡口(kou)(kou)(kou)采用UV形(xing)的坡口(kou)(kou)(kou)形(xing)式，如(ru)圖(tu)5-26b所(suo)示。
采用這兩種坡口形式的優點為：
①. 縱縫(feng)、拼(pin)縫(feng)的(de)基(ji)層采用雙U形坡口(kou)，可以提高(gao)效(xiao)(xiao)率，減少焊(han)接(jie)變形，防(fang)止筒體產(chan)生(sheng)內棱角，避免(mian)焊(han)縫(feng)內部存在過大(da)的(de)焊(han)接(jie)應力(li)；而環縫(feng)的(de)基(ji)層采用UV形坡口(kou)，可以減少過渡層與(yu)復層的(de)填充金屬(shu)量(liang)，以提高(gao)效(xiao)(xiao)率，同(tong)時也減少復層焊(han)縫(feng)的(de)多次受(shou)熱(re)，以免(mian)熔合線附近(jin)產(chan)生(sheng)晶(jing)間腐蝕。
②. 焊(han)接過渡(du)層時熔合比小，可降低焊(han)縫(feng)金屬(shu)的稀釋率，以保(bao)證(zheng)過渡(du)層焊(han)縫(feng)性能。
③. 能避免(mian)基層焊縫焊到復層上，以保證復層的耐蝕性。
2. 焊接材料(liao)選擇
為了保證焊(han)縫(feng)質(zhi)量(liang)，焊(han)接(jie)時應嚴格控制(zhi)焊(han)縫(feng)中有害雜質(zhi)元素S、P的(de)含(han)量(liang)和焊(han)縫(feng)金屬的(de)C含(han)量(liang)，限制(zhi)焊(han)接(jie)熱(re)輸入及高溫(wen)度停留時間。不銹鋼復合板洗(xi)滌塔的(de)焊(han)材選用情況(kuang)見表 5-54 。
3. 焊接(jie)技術要(yao)求
a. 焊(han)接不銹鋼復(fu)合(he)板洗(xi)滌塔(ta)所采用(yong)的(de)(de)焊(han)接參數見表5-55。焊(han)接基層(ceng)時的(de)(de)消氫(qing)溫度(du)為300～350℃／2h。
b. 關鍵部(bu)件(jian)的焊接技術要(yao)求
①. 封頭拼接(jie)
封頭(tou)(tou)(tou)拼接(jie)(jie)最(zui)為(wei)關鍵的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是制訂焊(han)接(jie)(jie)順序、成形(xing)工(gong)(gong)藝和(he)熱(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)(gong)藝。為(wei)了保(bao)證基層(ceng)Q345R的(de)(de)(de)(de)(de)(de)設計強(qiang)度，封頭(tou)(tou)(tou)在(zai)(zai)熱(re)成形(xing)后要進(jin)行恢復(fu)(fu)力(li)學性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)(de)正火處(chu)理(li)(li)；而不銹鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)敏(min)化(hua)溫度區(qu)間為(wei)500～800℃，若在(zai)(zai)此(ci)區(qu)間時間停留(liu)過長(chang)，則會(hui)導致(zhi)復(fu)(fu)層(ceng)晶界析出σ相，產(chan)生組(zu)織脆化(hua)，引起晶間腐(fu)蝕(shi)。為(wei)了保(bao)證復(fu)(fu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)快速冷卻(que)和(he)基層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)空冷，封頭(tou)(tou)(tou)熱(re)壓成形(xing)后采用復(fu)(fu)層(ceng)噴霧水的(de)(de)(de)(de)(de)(de)快冷工(gong)(gong)藝。為(wei)了保(bao)證過渡(du)層(ceng)和(he)復(fu)(fu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫(feng)質量，在(zai)(zai)基層(ceng)焊(han)接(jie)(jie)完成后，進(jin)行封頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)成形(xing)和(he)正火處(chu)理(li)(li)。在(zai)(zai)母材試板合格后，進(jin)行過渡(du)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)，復(fu)(fu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)在(zai)(zai)去(qu)應力(li)處(chu)理(li)(li)后進(jin)行，確保(bao)設備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)質量。封頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)拼接(jie)(jie)工(gong)(gong)藝評定(ding)力(li)學性(xing)能見表5-56。
②. 筒體焊接(jie)
筒體焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時(shi)先進(jin)(jin)行(xing)(xing)內側基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)，采用(yong)(yong)埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)時(shi)應(ying)預留3～5mm不(bu)焊(han)(han)(han)(han)(han)，再用(yong)(yong)焊(han)(han)(han)(han)(han)條電弧焊(han)(han)(han)(han)(han)填(tian)充(chong)，以免將埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫焊(han)(han)(han)(han)(han)在(zai)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)上(shang)，焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)完畢(bi)后進(jin)(jin)行(xing)(xing)消氫處理(li)；再從外(wai)側用(yong)(yong)碳弧氣刨進(jin)(jin)行(xing)(xing)清根，用(yong)(yong)角磨機打磨掉(diao)滲碳層(ceng)(ceng)(ceng)；對(dui)外(wai)側進(jin)(jin)行(xing)(xing)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)完畢(bi)后進(jin)(jin)行(xing)(xing)消氫處理(li)；對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％的(de)(de)RT無損檢(jian)測(ce)，RT合格后對(dui)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)側的(de)(de)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫余高進(jin)(jin)行(xing)(xing)磨平，再對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％PT無損檢(jian)測(ce)；再進(jin)(jin)行(xing)(xing)過渡層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)，待熱處理(li)后進(jin)(jin)行(xing)(xing)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)。
③. 錐體(ti)的焊接
錐(zhui)體由四節(jie)組成，其中(zhong)兩節(jie)為(wei)8（錐(zhui)體壁厚）100mm＋4mm，一(yi)節(jie)為(wei)860mm＋4mm，一(yi)節(jie)為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)體的(de)夾角為(wei)60°，錐(zhui)體的(de)坡口在(zai)立車(che)上加工。其中(zhong)8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)錐(zhui)體環焊(han)縫(feng)在(zai)專(zhuan)用的(de)焊(han)接(jie)輔助工裝進行(xing)埋弧焊(han)焊(han)接(jie)外側基層，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端的(de)錐(zhui)體環焊(han)縫(feng)采用了(le)全焊(han)條電弧焊(han)的(de)工藝。
④. 殼體與(yu)堆焊接(jie)管的(de)焊接(jie)
坡(po)口的(de)制(zhi)備如(ru)圖5-28a所示(shi)。大(da)(da)厚(hou)壁(bi)殼體(ti)(ti)與堆(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)管的(de)基層(ceng)焊(han)(han)(han)接(jie)，由于(yu)剛(gang)度(du)大(da)(da)、拘(ju)束度(du)大(da)(da)，其預熱溫(wen)(wen)度(du)應(ying)比殼體(ti)(ti)對接(jie)的(de)預熱溫(wen)(wen)度(du)要高，預熱溫(wen)(wen)度(du)應(ying)控(kong)制(zhi)在200℃以(yi)上。為了減輕大(da)(da)厚(hou)堆(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)管在筒(tong)體(ti)(ti)上的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)變形，在筒(tong)體(ti)(ti)內部安(an)裝(zhuang)(zhuang)工裝(zhuang)(zhuang)支撐，同時從焊(han)(han)(han)接(jie)工藝、焊(han)(han)(han)接(jie)順序(xu)方(fang)面加以(yi)控(kong)制(zhi)焊(han)(han)(han)接(jie)變形，采用細焊(han)(han)(han)條、小電流、分段焊(han)(han)(han)、多層(ceng)多道(dao)焊(han)(han)(han)等方(fang)法。為了防止打底(di)層(ceng)焊(han)(han)(han)縫因(yin)收縮應(ying)力(li)過大(da)(da)而引起焊(han)(han)(han)縫開裂(lie)，打底(di)焊(han)(han)(han)層(ceng)一般分為6～8段，后(hou)續焊(han)(han)(han)道(dao)可以(yi)逐(zhu)步減少分段數，可以(yi)降低(di)焊(han)(han)(han)接(jie)殘余應(ying)力(li)。基層(ceng)焊(han)(han)(han)后(hou)立即進(jin)(jin)行(xing)(xing)消氫處理和保溫(wen)(wen)緩冷(leng)，冷(leng)卻至常溫(wen)(wen)后(hou)對基層(ceng)焊(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％UT無損檢測(ce)。UT無損檢測(ce)合格后(hou)，再按(an)要求進(jin)(jin)行(xing)(xing)過渡(du)層(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)和熱處理后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)復層(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)。
⑤. 殼(ke)體與不銹(xiu)鋼接(jie)管的焊接(jie)
坡口(kou)的制備如圖5-28b所示。采用(yong)(yong)對(dui)殼體開孔處(chu)的基層預先進行堆焊(han)過(guo)渡(du)層的工(gong)藝，焊(han)接(jie)時采用(yong)(yong)短弧、小電流、反極性、快速窄道焊(han)和多層多道焊(han)的焊(han)接(jie)工(gong)藝，從而保證了(le)焊(han)接(jie)質量。嚴格控制道間溫(wen)度，一般不要高于150℃。由于此處(chu)的剛(gang)度、拘束(shu)度和焊(han)接(jie)應力都非常大，對(dui)不銹(xiu)鋼之(zhi)間的焊(han)接(jie)也采取了(le)預熱100℃以上的工(gong)藝。焊(han)接(jie)后進行保溫(wen)緩冷，冷卻至(zhi)常溫(wen)后對(dui)角焊(han)縫(feng)進100％UT無損檢測。
4. 焊縫的返修要求
a. 表(biao)面缺陷(xian)的返修
缺陷經修磨(mo)(mo)清除(chu)后，修磨(mo)(mo)處(chu)的厚(hou)度(du)(du)(du)不應小于設計厚(hou)度(du)(du)(du)，磨(mo)(mo)除(chu)厚(hou)度(du)(du)(du)應小于容(rong)器(qi)名義厚(hou)度(du)(du)(du)的2％且不大1mm，超出(chu)時(shi)應予補焊。缺陷清除(chu)后，應進行外(wai)觀檢(jian)查(cha)，要求表面光滑平(ping)整、過渡平(ping)緩，表面需作無損(sun)檢(jian)測(ce)。
b. 局部缺陷的返(fan)修(xiu)
在焊(han)縫缺(que)陷(xian)返(fan)修(xiu)(xiu)前應(ying)對(dui)返(fan)修(xiu)(xiu)周圍進行預(yu)(yu)熱，預(yu)(yu)熱溫度(du)為100～150℃，并(bing)應(ying)用超聲波檢(jian)測儀測定缺(que)陷(xian)深度(du)，根據(ju)缺(que)陷(xian)深度(du)確(que)定在哪一側返(fan)修(xiu)(xiu)，清(qing)除(chu)缺(que)陷(xian)時(shi)，應(ying)控制在鋼板厚度(du)的2/3以內(nei)（從(cong)返(fan)修(xiu)(xiu)側表面計算），若超過焊(han)縫深度(du)2/3仍殘留缺(que)陷(xian)時(shi)，應(ying)立即停止清(qing)除(chu)并(bing)進行補焊(han)，補焊(han)時(shi)應(ying)采用多層(ceng)多道焊(han)，不需(xu)要(yao)擺動(dong)焊(han)。然(ran)后在其背面再次清(qing)除(chu)缺(que)陷(xian)，進行補焊(han)，補焊(han)長度(du)應(ying)＞80mm。
5. 焊(han)接不銹鋼復(fu)層(ceng)時的注(zhu)意事項
a. 焊接前(qian)應在坡口兩側各100mm范(fan)圍內(nei)，涂刷(shua)“防飛(fei)濺(jian)劑”，以防止飛(fei)濺(jian)沾污復層表面。
b. 焊(han)接時采用小熱輸入(ru)、快速(su)焊(han)、短弧焊(han)、不擺動(dong)、多(duo)道(dao)焊(han)的方法(fa)。
c. 嚴格控制道間溫度(du)，不(bu)超過(guo)工(gong)藝(yi)要求(qiu)。
三、焊后熱(re)處理(li)工藝的制定
1. 封(feng)頭的正火處理(li)工藝
封頭在熱成形后(hou)，為了保證基層(ceng)Q345R的(de)設計(ji)強(qiang)度，需要進行恢復(fu)力(li)學性能的(de)正火(huo)(huo)處(chu)理(li)，Q345R的(de)正火(huo)(huo)工藝(yi)要求溫(wen)度控制在880～940℃。封頭經過(guo)正火(huo)(huo)處(chu)理(li)后(hou)，對同(tong)爐母(mu)材試板進行力(li)學性能分析和對復(fu)層(ceng)進行晶間腐蝕試驗，結果都(dou)達到了設計(ji)要求。
2. 筒片卷(juan)制(zhi)后的熱處(chu)理工(gong)藝
筒(tong)體(ti)壁厚(hou)大于圓筒(tong)內徑(jing)的3％時，應進(jin)(jin)行處(chu)(chu)理(li)。筒(tong)體(ti)卷制成形后，進(jin)(jin)行了消(xiao)除(chu)卷制應力的熱(re)處(chu)(chu)理(li)，其熱(re)處(chu)(chu)理(li)溫度為（580±10）℃。
3. 設備的去(qu)應力(li)熱處理工藝
不銹鋼(gang)復合(he)板的(de)焊(han)(han)后(hou)熱處理(li)(li)，要避免復層(ceng)母材和焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭中鉻碳化合(he)物(wu)析出(chu)和形(xing)成σ相，采(cai)用較低的(de)熱處理(li)(li)溫度(du)，即（580±10）℃的(de)退(tui)火工藝，保溫時(shi)間(jian)按正常(chang)所(suo)需(xu)時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)保溫。由于錐體(ti)的(de)復層(ceng)若要在最后(hou)焊(han)(han)接(jie)(jie)，其焊(han)(han)接(jie)(jie)環境(jing)比(bi)較惡劣，所(suo)以把設(she)備分為上下兩段進(jin)行(xing)整體(ti)熱處理(li)(li)，而(er)在錐體(ti)與(yu)筒體(ti)連接(jie)(jie)的(de)第二節(jie)筒體(ti)上進(jin)行(xing)收口，焊(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)畢后(hou)，進(jin)行(xing)局(ju)部熱處理(li)(li)。
四、防止復層(ceng)損傷的幾項(xiang)措施
1. 為(wei)了防止(zhi)復(fu)合板的損傷，應對復(fu)層用(yong)粘膠布進(jin)行保護(hu)；卷(juan)板時，對滾筒(tong)用(yong)麻繩或包不銹鋼(gang)皮進(jin)行保護(hu)。
2. 起(qi)吊(diao)時用專(zhuan)用工(gong)裝(zhuang)卡具進行起(qi)吊(diao)。
3. 焊工在筒體內(nei)進行焊接時(shi)，必須穿布鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五、根據(ju)設計(ji)圖樣的要求，焊縫(feng)檢測質(zhi)量應達到BI級
焊接完畢對(dui)設備(bei)縱、環焊縫進行100％的y射線檢(jian)測，焊縫一次合(he)格(ge)率達(da)到98％，未出現裂紋、未熔(rong)合(he)等缺陷(xian)；對(dui)復層(ceng)進行100％PT無損檢(jian)測，結果達(da)到100％I級(ji)合(he)格(ge)要求。對(dui)設備(bei)焊接試板進行了力學性能(neng)試驗，結果完全達(da)到設計要求。
洗滌塔的(de)(de)(de)成功制作，對設(she)備(bei)制造廠家解決(jue)了大厚型(xing)不銹(xiu)鋼復合板(ban)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)焊接技術和制作積累了豐(feng)富的(de)(de)(de)經驗，對今后(hou)同類大型(xing)設(she)備(bei)的(de)(de)(de)制作有(you)很好的(de)(de)(de)借鑒和指(zhi)導意義。
