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(he)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(gang)復合板洗滌塔的結構參數見表5-53。
一、不銹鋼復(fu)合板焊接性分析(xi)
不銹(xiu)鋼復合板焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)的最關(guan)鍵是過(guo)渡層(ceng)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，其屬于異種鋼的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時要(yao)兼顧基層(ceng)和復層(ceng)2種不同鋼材的性(xing)能。應選(xuan)用合適的填充材料，同時要(yao)嚴格(ge)控制(zhi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱輸(shu)人，使碳鋼基層(ceng)一(yi)側熔深較(jiao)淺，以(yi)減少(shao)焊(han)(han)(han)縫金屬的稀釋和基層(ceng)合金化。
二、焊接工藝制定(ding)
1. 坡口形式確(que)定
根據(ju)圖樣要求和工藝條件，縱縫、拼縫的(de)坡(po)口采用(yong)雙U形＋V形的(de)坡(po)口形式，如圖5-26a所(suo)示；環縫的(de)坡(po)口采用(yong)UV形的(de)坡(po)口形式，如圖5-26b所(suo)示。
采用這兩種坡(po)口(kou)形式的優(you)點(dian)為：
①. 縱縫、拼縫的(de)基層采(cai)用(yong)雙(shuang)U形坡(po)口，可以提(ti)高效(xiao)率，減少(shao)焊(han)接(jie)(jie)變形，防止筒體產生內(nei)棱角，避免(mian)焊(han)縫內(nei)部(bu)存在過大的(de)焊(han)接(jie)(jie)應力；而環縫的(de)基層采(cai)用(yong)UV形坡(po)口，可以減少(shao)過渡層與復層的(de)填充金屬(shu)量，以提(ti)高效(xiao)率，同時(shi)也(ye)減少(shao)復層焊(han)縫的(de)多(duo)次受熱，以免(mian)熔合(he)線附近產生晶(jing)間腐蝕(shi)。
②. 焊接(jie)過(guo)渡層時(shi)熔合比小，可降低焊縫金屬(shu)的稀釋率，以保證過(guo)渡層焊縫性能。
③. 能避免基層(ceng)(ceng)焊縫(feng)焊到復(fu)層(ceng)(ceng)上，以(yi)保證復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)耐蝕性。
2. 焊接材料(liao)選擇
為了(le)保證焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)質量(liang)(liang)，焊(han)(han)(han)(han)接時應嚴格(ge)控(kong)制(zhi)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)中有害(hai)雜質元(yuan)素S、P的含量(liang)(liang)和焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)金屬的C含量(liang)(liang)，限制(zhi)焊(han)(han)(han)(han)接熱輸入及高溫度(du)停(ting)留時間(jian)。不銹鋼復(fu)合(he)板洗滌塔的焊(han)(han)(han)(han)材選用情況(kuang)見(jian)表 5-54 。
3. 焊接技術要求
a. 焊(han)接不(bu)銹鋼復合板(ban)洗(xi)滌塔所采用的(de)焊(han)接參數見表5-55。焊(han)接基層時的(de)消氫溫度為(wei)300～350℃／2h。
b. 關鍵(jian)部件的焊接技術要求
①. 封頭拼(pin)接
封頭拼接(jie)最為(wei)關鍵的(de)(de)是制訂焊(han)(han)(han)(han)接(jie)順(shun)序、成(cheng)形工(gong)藝和(he)熱處理工(gong)藝。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)(zheng)基(ji)層(ceng)(ceng)Q345R的(de)(de)設計強度，封頭在(zai)熱成(cheng)形后(hou)要進行(xing)(xing)恢(hui)復(fu)(fu)力(li)(li)學性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)正火處理；而不銹鋼的(de)(de)敏化溫度區(qu)間(jian)為(wei)500～800℃，若在(zai)此(ci)區(qu)間(jian)時(shi)間(jian)停留過長，則會導致復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)晶(jing)界析出σ相(xiang)，產生組(zu)織脆化，引起晶(jing)間(jian)腐蝕。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)(zheng)復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)快(kuai)速(su)冷卻(que)和(he)基(ji)層(ceng)(ceng)的(de)(de)空冷，封頭熱壓(ya)成(cheng)形后(hou)采用復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)噴霧水的(de)(de)快(kuai)冷工(gong)藝。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)(zheng)過渡(du)層(ceng)(ceng)和(he)復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫質(zhi)量，在(zai)基(ji)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)完成(cheng)后(hou)，進行(xing)(xing)封頭的(de)(de)成(cheng)形和(he)正火處理。在(zai)母材試(shi)板合格后(hou)，進行(xing)(xing)過渡(du)層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)在(zai)去應力(li)(li)處理后(hou)進行(xing)(xing)，確保(bao)設備的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)質(zhi)量。封頭的(de)(de)拼接(jie)工(gong)藝評定(ding)力(li)(li)學性(xing)能(neng)(neng)見(jian)表5-56。
②. 筒體焊(han)接(jie)
筒(tong)體焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時(shi)先進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)內側基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，采用(yong)(yong)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(yong)(yong)焊(han)(han)(han)(han)條電弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)填充，以免將埋弧(hu)焊(han)(han)(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)焊(han)(han)(han)(han)在(zai)復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)畢后進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)消氫處(chu)(chu)理(li)；再(zai)從(cong)外(wai)側用(yong)(yong)碳弧(hu)氣刨進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)清根，用(yong)(yong)角磨(mo)機打磨(mo)掉滲碳層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)；對外(wai)側進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)畢后進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)消氫處(chu)(chu)理(li)；對基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)100％的(de)(de)RT無損檢測，RT合(he)格后對復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)側的(de)(de)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)余高進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)磨(mo)平(ping)，再(zai)對基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)100％PT無損檢測；再(zai)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)過渡層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，待(dai)熱(re)處(chu)(chu)理(li)后進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
③. 錐體的焊(han)接
錐(zhui)(zhui)(zhui)體由(you)四(si)節(jie)(jie)組成，其(qi)中兩節(jie)(jie)為8（錐(zhui)(zhui)(zhui)體壁厚）100mm＋4mm，一(yi)(yi)節(jie)(jie)為860mm＋4mm，一(yi)(yi)節(jie)(jie)為830mm＋4mm。錐(zhui)(zhui)(zhui)體的(de)夾角為60°，錐(zhui)(zhui)(zhui)體的(de)坡口(kou)在(zai)立車上加工(gong)。其(qi)中8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)錐(zhui)(zhui)(zhui)體環焊(han)縫在(zai)專用的(de)焊(han)接(jie)輔助工(gong)裝進行埋弧焊(han)焊(han)接(jie)外側(ce)基層，如圖5-27所(suo)示(shi)。830mm＋4mm 頂端的(de)錐(zhui)(zhui)(zhui)體環焊(han)縫采用了全焊(han)條電(dian)弧焊(han)的(de)工(gong)藝。
④. 殼體與堆焊接(jie)管的(de)焊接(jie)
坡口的(de)制備如圖5-28a所示。大(da)厚(hou)壁殼(ke)體(ti)(ti)與堆焊接(jie)管(guan)的(de)基層(ceng)(ceng)焊接(jie)，由于剛度大(da)、拘束(shu)度大(da)，其預熱(re)(re)溫度應(ying)比殼(ke)體(ti)(ti)對(dui)接(jie)的(de)預熱(re)(re)溫度要高(gao)，預熱(re)(re)溫度應(ying)控(kong)制在200℃以(yi)上。為了減輕大(da)厚(hou)堆焊接(jie)管(guan)在筒體(ti)(ti)上的(de)焊接(jie)變形(xing)，在筒體(ti)(ti)內部安裝(zhuang)工(gong)裝(zhuang)支(zhi)撐，同時從焊接(jie)工(gong)藝(yi)、焊接(jie)順序方面加以(yi)控(kong)制焊接(jie)變形(xing)，采用細焊條、小(xiao)電流、分段(duan)(duan)(duan)焊、多(duo)層(ceng)(ceng)多(duo)道(dao)焊等方法。為了防止打底層(ceng)(ceng)焊縫(feng)(feng)因收縮應(ying)力過(guo)大(da)而引起焊縫(feng)(feng)開裂，打底焊層(ceng)(ceng)一般分為6～8段(duan)(duan)(duan)，后(hou)續焊道(dao)可以(yi)逐步減少分段(duan)(duan)(duan)數，可以(yi)降低(di)焊接(jie)殘余應(ying)力。基層(ceng)(ceng)焊后(hou)立即進(jin)行消氫處理(li)(li)和保溫緩冷(leng)，冷(leng)卻至常溫后(hou)對(dui)基層(ceng)(ceng)焊縫(feng)(feng)進(jin)行100％UT無損檢測。UT無損檢測合格后(hou)，再按要求進(jin)行過(guo)渡(du)層(ceng)(ceng)的(de)焊接(jie)和熱(re)(re)處理(li)(li)后(hou)進(jin)行復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)焊接(jie)。
⑤. 殼體與不銹鋼接(jie)管的焊接(jie)
坡口的(de)制備如圖5-28b所示(shi)。采用(yong)(yong)對殼(ke)體開孔處(chu)的(de)基層(ceng)預(yu)先進(jin)(jin)行(xing)堆焊(han)過渡層(ceng)的(de)工藝，焊(han)接(jie)時(shi)采用(yong)(yong)短(duan)弧、小電流、反極性(xing)、快速窄道(dao)(dao)焊(han)和多(duo)層(ceng)多(duo)道(dao)(dao)焊(han)的(de)焊(han)接(jie)工藝，從而保(bao)證了(le)焊(han)接(jie)質量(liang)。嚴格(ge)控制道(dao)(dao)間溫(wen)度(du)(du)，一(yi)般不要高于150℃。由于此處(chu)的(de)剛度(du)(du)、拘束(shu)度(du)(du)和焊(han)接(jie)應力(li)都非(fei)常大，對不銹(xiu)鋼之間的(de)焊(han)接(jie)也采取了(le)預(yu)熱100℃以上的(de)工藝。焊(han)接(jie)后(hou)進(jin)(jin)行(xing)保(bao)溫(wen)緩(huan)冷，冷卻至常溫(wen)后(hou)對角焊(han)縫進(jin)(jin)100％UT無損(sun)檢測。
4. 焊縫的返(fan)修(xiu)要(yao)求
a. 表面缺陷的返修(xiu)
缺陷(xian)經修磨(mo)清除(chu)后(hou)，修磨(mo)處的厚(hou)度(du)(du)不(bu)應小(xiao)于設計厚(hou)度(du)(du)，磨(mo)除(chu)厚(hou)度(du)(du)應小(xiao)于容器名義厚(hou)度(du)(du)的2％且(qie)不(bu)大(da)1mm，超出(chu)時應予(yu)補焊。缺陷(xian)清除(chu)后(hou)，應進行外觀檢查(cha)，要(yao)求表(biao)面光滑平(ping)整、過渡平(ping)緩，表(biao)面需作(zuo)無損檢測。
b. 局部缺陷的返(fan)修
在(zai)焊(han)(han)(han)縫缺陷(xian)(xian)返(fan)修(xiu)(xiu)前應對返(fan)修(xiu)(xiu)周(zhou)圍進行(xing)(xing)預熱(re)，預熱(re)溫度(du)為100～150℃，并應用超(chao)聲波檢(jian)測儀測定(ding)缺陷(xian)(xian)深(shen)度(du)，根據缺陷(xian)(xian)深(shen)度(du)確定(ding)在(zai)哪一(yi)側(ce)返(fan)修(xiu)(xiu)，清(qing)除(chu)缺陷(xian)(xian)時，應控制(zhi)在(zai)鋼板(ban)厚度(du)的(de)2/3以內（從返(fan)修(xiu)(xiu)側(ce)表面計算），若超(chao)過焊(han)(han)(han)縫深(shen)度(du)2/3仍殘留缺陷(xian)(xian)時，應立即停止清(qing)除(chu)并進行(xing)(xing)補(bu)(bu)焊(han)(han)(han)，補(bu)(bu)焊(han)(han)(han)時應采(cai)用多層多道焊(han)(han)(han)，不(bu)需要擺動焊(han)(han)(han)。然后在(zai)其背(bei)面再次清(qing)除(chu)缺陷(xian)(xian)，進行(xing)(xing)補(bu)(bu)焊(han)(han)(han)，補(bu)(bu)焊(han)(han)(han)長(chang)度(du)應＞80mm。
5. 焊接不銹(xiu)鋼復層時的注意事項
a. 焊接前(qian)應在坡口兩側(ce)各100mm范(fan)圍內，涂刷(shua)“防飛濺(jian)劑”，以(yi)防止飛濺(jian)沾(zhan)污復層表(biao)面。
b. 焊(han)(han)(han)接時采用小熱輸入、快速焊(han)(han)(han)、短弧焊(han)(han)(han)、不擺動(dong)、多道焊(han)(han)(han)的方法。
c. 嚴格控制(zhi)道(dao)間溫度，不超過(guo)工藝要求。
三、焊后(hou)熱處理工藝的制定
1. 封頭的(de)正火處理工藝
封頭在熱(re)成(cheng)形(xing)后(hou)，為了(le)保證基層(ceng)Q345R的設計(ji)強(qiang)度，需要進行恢復(fu)力學(xue)性能的正火處理，Q345R的正火工藝要求溫(wen)度控制在880～940℃。封頭經過正火處理后(hou)，對同爐母材試(shi)板進行力學(xue)性能分析和對復(fu)層(ceng)進行晶間(jian)腐蝕試(shi)驗，結果都達(da)到了(le)設計(ji)要求。
2. 筒片卷制后的(de)熱處理工(gong)藝
筒(tong)體壁厚(hou)大于圓筒(tong)內徑的3％時，應進行處理(li)。筒(tong)體卷制成形(xing)后，進行了消除卷制應力的熱(re)處理(li)，其熱(re)處理(li)溫度為（580±10）℃。
3. 設備的去應力熱處理工藝
不銹(xiu)鋼復合(he)板的焊后(hou)熱處(chu)理(li)，要避免(mian)復層母材和(he)焊接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭中鉻碳化合(he)物析(xi)出(chu)和(he)形(xing)成σ相，采用較(jiao)低的熱處(chu)理(li)溫(wen)度，即（580±10）℃的退火工藝(yi)，保溫(wen)時間(jian)按正(zheng)常所需時間(jian)進(jin)行(xing)保溫(wen)。由于錐體(ti)的復層若要在最后(hou)焊接(jie)(jie)(jie)，其焊接(jie)(jie)(jie)環(huan)境(jing)比較(jiao)惡劣，所以把(ba)設備分為上下兩段進(jin)行(xing)整體(ti)熱處(chu)理(li)，而(er)在錐體(ti)與筒(tong)體(ti)連接(jie)(jie)(jie)的第(di)二節筒(tong)體(ti)上進(jin)行(xing)收(shou)口，焊接(jie)(jie)(jie)完畢后(hou)，進(jin)行(xing)局部熱處(chu)理(li)。
四、防(fang)止復層損傷的(de)幾項措(cuo)施(shi)
1. 為了(le)防止復合(he)板的損傷(shang)，應對復層用(yong)粘膠布進行保(bao)護；卷板時，對滾筒用(yong)麻(ma)繩或包(bao)不(bu)銹鋼皮進行保(bao)護。
2. 起吊(diao)時用專用工裝卡具進(jin)行(xing)起吊(diao)。
3. 焊工在筒體內進行(xing)焊接時，必須穿布鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五、根據設計(ji)圖樣的要(yao)求，焊縫檢測質量應(ying)達到BI級
焊接(jie)完(wan)畢對設備縱(zong)、環焊縫(feng)進(jin)(jin)行100％的y射線檢(jian)測(ce)，焊縫(feng)一次(ci)合格(ge)率達到(dao)98％，未出(chu)現裂(lie)紋(wen)、未熔合等缺陷；對復層進(jin)(jin)行100％PT無損檢(jian)測(ce)，結果(guo)達到(dao)100％I級合格(ge)要求。對設備焊接(jie)試板進(jin)(jin)行了力學性能試驗(yan)，結果(guo)完(wan)全達到(dao)設計要求。
洗滌塔的成功制(zhi)作(zuo)，對設(she)備制(zhi)造(zao)廠家解決了大(da)厚(hou)型(xing)不銹鋼復合板(ban)設(she)備的焊接(jie)技術和制(zhi)作(zuo)積累了豐富的經驗，對今后同類大(da)型(xing)設(she)備的制(zhi)作(zuo)有很好的借鑒和指(zhi)導意義。
