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(xiu)鋼復合(he)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(xiu)鋼(gang)復合板焊接(jie)性分析
不銹鋼復合板焊(han)(han)接的(de)(de)最關(guan)鍵是過渡(du)層的(de)(de)焊(han)(han)接，其屬于(yu)異種鋼的(de)(de)焊(han)(han)接，焊(han)(han)接時要兼顧基層和(he)復層2種不同(tong)(tong)鋼材(cai)的(de)(de)性能。應(ying)選用合適的(de)(de)填充材(cai)料，同(tong)(tong)時要嚴格(ge)控制焊(han)(han)接熱輸人，使碳(tan)鋼基層一側熔深較(jiao)淺，以減少焊(han)(han)縫(feng)金屬的(de)(de)稀釋和(he)基層合金化。
二(er)、焊接工藝制定
1. 坡口形式(shi)確定(ding)
根(gen)據(ju)圖(tu)樣要(yao)求和(he)工藝條(tiao)件，縱縫(feng)、拼縫(feng)的(de)坡口(kou)采(cai)用雙U形(xing)(xing)＋V形(xing)(xing)的(de)坡口(kou)形(xing)(xing)式，如(ru)圖(tu)5-26a所示；環(huan)縫(feng)的(de)坡口(kou)采(cai)用UV形(xing)(xing)的(de)坡口(kou)形(xing)(xing)式，如(ru)圖(tu)5-26b所示。
采用這兩種坡口形式(shi)的優點為：
①. 縱(zong)縫、拼縫的(de)(de)基層(ceng)(ceng)采(cai)用(yong)雙U形(xing)坡(po)口，可以提(ti)高(gao)效(xiao)率，減少焊(han)接變(bian)形(xing)，防止筒(tong)體產(chan)生(sheng)內(nei)棱角，避免(mian)焊(han)縫內(nei)部存在過大的(de)(de)焊(han)接應(ying)力；而環縫的(de)(de)基層(ceng)(ceng)采(cai)用(yong)UV形(xing)坡(po)口，可以減少過渡(du)層(ceng)(ceng)與(yu)復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)填充金屬量，以提(ti)高(gao)效(xiao)率，同時(shi)也減少復(fu)層(ceng)(ceng)焊(han)縫的(de)(de)多次受熱(re)，以免(mian)熔合線附近(jin)產(chan)生(sheng)晶間(jian)腐蝕。
②. 焊接過渡(du)層時(shi)熔合比小，可降(jiang)低焊縫金屬的稀釋率(lv)，以保證過渡(du)層焊縫性能。
③. 能(neng)避免基層焊縫焊到復(fu)層上，以保證復(fu)層的耐蝕性(xing)。
2. 焊接材料選擇
為了保證焊縫質量(liang)(liang)，焊接時(shi)應(ying)嚴格控制焊縫中有害雜質元素S、P的(de)含(han)量(liang)(liang)和焊縫金屬的(de)C含(han)量(liang)(liang)，限制焊接熱輸入及高(gao)溫度停留時(shi)間。不銹(xiu)鋼復合板洗滌塔的(de)焊材(cai)選用情況見表 5-54 。
3. 焊接技術要求
a. 焊接不銹鋼復合板洗滌塔(ta)所采用的焊接參(can)數(shu)見(jian)表(biao)5-55。焊接基(ji)層時的消氫溫(wen)度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部件的焊接技術要求
①. 封頭拼(pin)接
封頭(tou)拼(pin)接最(zui)為(wei)關鍵的(de)是制訂焊(han)接順(shun)序(xu)、成(cheng)(cheng)形工藝(yi)和(he)熱處(chu)理(li)工藝(yi)。為(wei)了(le)保證基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)Q345R的(de)設(she)計強度，封頭(tou)在(zai)(zai)熱成(cheng)(cheng)形后(hou)要(yao)進行(xing)恢復力學性能(neng)的(de)正火(huo)處(chu)理(li)；而不銹鋼的(de)敏化(hua)溫度區間(jian)為(wei)500～800℃，若(ruo)在(zai)(zai)此(ci)區間(jian)時(shi)間(jian)停留過長，則會導致復層(ceng)(ceng)(ceng)晶界析出σ相，產(chan)生組織(zhi)脆化(hua)，引起晶間(jian)腐(fu)蝕。為(wei)了(le)保證復層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)快(kuai)(kuai)速冷卻和(he)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)空冷，封頭(tou)熱壓成(cheng)(cheng)形后(hou)采用復層(ceng)(ceng)(ceng)噴霧水的(de)快(kuai)(kuai)冷工藝(yi)。為(wei)了(le)保證過渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)復層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)縫質量，在(zai)(zai)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)接完成(cheng)(cheng)后(hou)，進行(xing)封頭(tou)的(de)成(cheng)(cheng)形和(he)正火(huo)處(chu)理(li)。在(zai)(zai)母材試板合格后(hou)，進行(xing)過渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接，復層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接在(zai)(zai)去應力處(chu)理(li)后(hou)進行(xing)，確保設(she)備的(de)焊(han)接質量。封頭(tou)的(de)拼(pin)接工藝(yi)評定力學性能(neng)見表5-56。
②. 筒(tong)體焊接
筒體(ti)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時先進(jin)行內側(ce)(ce)(ce)(ce)基層(ceng)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，采用(yong)(yong)(yong)埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)時應(ying)預留3～5mm不焊(han)(han)(han)(han)，再(zai)用(yong)(yong)(yong)焊(han)(han)(han)(han)條電弧焊(han)(han)(han)(han)填充，以免將埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫焊(han)(han)(han)(han)在復(fu)層(ceng)上，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完畢(bi)后進(jin)行消氫處(chu)理(li)；再(zai)從外側(ce)(ce)(ce)(ce)用(yong)(yong)(yong)碳弧氣刨進(jin)行清(qing)根，用(yong)(yong)(yong)角磨機(ji)打磨掉滲(shen)碳層(ceng)；對(dui)外側(ce)(ce)(ce)(ce)進(jin)行基層(ceng)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)完畢(bi)后進(jin)行消氫處(chu)理(li)；對(dui)基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫進(jin)行100％的(de)(de)(de)RT無損檢測，RT合格(ge)后對(dui)復(fu)層(ceng)側(ce)(ce)(ce)(ce)的(de)(de)(de)基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫余高進(jin)行磨平，再(zai)對(dui)基層(ceng)表面進(jin)行100％PT無損檢測；再(zai)進(jin)行過(guo)渡(du)層(ceng)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，待熱處(chu)理(li)后進(jin)行復(fu)層(ceng)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)。
③. 錐(zhui)體的焊(han)接
錐(zhui)(zhui)體由四節(jie)(jie)組成，其中兩節(jie)(jie)為(wei)8（錐(zhui)(zhui)體壁(bi)厚）100mm＋4mm，一節(jie)(jie)為(wei)860mm＋4mm，一節(jie)(jie)為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)(zhui)體的(de)夾角(jiao)為(wei)60°，錐(zhui)(zhui)體的(de)坡口在立車上加工。其中8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)錐(zhui)(zhui)體環(huan)焊(han)(han)(han)縫(feng)在專用(yong)的(de)焊(han)(han)(han)接輔助工裝進行埋弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接外側(ce)基層(ceng)，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端的(de)錐(zhui)(zhui)體環(huan)焊(han)(han)(han)縫(feng)采用(yong)了全焊(han)(han)(han)條電弧焊(han)(han)(han)的(de)工藝。
④. 殼體與堆焊(han)接管的(de)焊(han)接
坡(po)口(kou)的制備如圖(tu)5-28a所示(shi)。大厚(hou)壁殼體(ti)(ti)(ti)與堆焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)管(guan)的基層(ceng)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，由于(yu)剛度(du)大、拘束度(du)大，其預熱(re)溫(wen)(wen)度(du)應(ying)(ying)比殼體(ti)(ti)(ti)對(dui)接(jie)(jie)的預熱(re)溫(wen)(wen)度(du)要高，預熱(re)溫(wen)(wen)度(du)應(ying)(ying)控(kong)制在200℃以(yi)(yi)上(shang)。為了減輕大厚(hou)堆焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)管(guan)在筒體(ti)(ti)(ti)上(shang)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形，在筒體(ti)(ti)(ti)內部安裝(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)順序方面加以(yi)(yi)控(kong)制焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形，采用(yong)細焊(han)(han)(han)條、小電流、分(fen)段(duan)焊(han)(han)(han)、多層(ceng)多道焊(han)(han)(han)等方法。為了防止打(da)底(di)層(ceng)焊(han)(han)(han)縫因收(shou)縮應(ying)(ying)力(li)過大而引起焊(han)(han)(han)縫開裂，打(da)底(di)焊(han)(han)(han)層(ceng)一般分(fen)為6～8段(duan)，后續焊(han)(han)(han)道可以(yi)(yi)逐步減少分(fen)段(duan)數，可以(yi)(yi)降低(di)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)殘余應(ying)(ying)力(li)。基層(ceng)焊(han)(han)(han)后立即進(jin)行消氫處理和保溫(wen)(wen)緩冷(leng)，冷(leng)卻至常溫(wen)(wen)后對(dui)基層(ceng)焊(han)(han)(han)縫進(jin)行100％UT無損檢測。UT無損檢測合格后，再按要求進(jin)行過渡(du)層(ceng)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)和熱(re)處理后進(jin)行復層(ceng)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
⑤. 殼體(ti)與不銹鋼接(jie)(jie)管的焊接(jie)(jie)
坡(po)口(kou)的(de)制備如圖5-28b所示。采(cai)用對(dui)(dui)殼體開孔(kong)處的(de)基層(ceng)預(yu)先進(jin)行(xing)堆焊(han)(han)過(guo)渡層(ceng)的(de)工(gong)藝，焊(han)(han)接(jie)時采(cai)用短弧、小(xiao)電流(liu)、反極性、快速(su)窄(zhai)道(dao)(dao)焊(han)(han)和多層(ceng)多道(dao)(dao)焊(han)(han)的(de)焊(han)(han)接(jie)工(gong)藝，從(cong)而保證了焊(han)(han)接(jie)質(zhi)量(liang)。嚴格控制道(dao)(dao)間溫(wen)(wen)度，一(yi)般不要(yao)高(gao)于150℃。由于此處的(de)剛(gang)度、拘束度和焊(han)(han)接(jie)應力都非(fei)常(chang)大，對(dui)(dui)不銹鋼之間的(de)焊(han)(han)接(jie)也采(cai)取了預(yu)熱(re)100℃以上的(de)工(gong)藝。焊(han)(han)接(jie)后進(jin)行(xing)保溫(wen)(wen)緩(huan)冷，冷卻至常(chang)溫(wen)(wen)后對(dui)(dui)角焊(han)(han)縫進(jin)100％UT無損檢測。
4. 焊(han)縫(feng)的返修要求(qiu)
a. 表面缺陷的返修
缺陷(xian)(xian)經修(xiu)磨(mo)清除(chu)后，修(xiu)磨(mo)處(chu)的(de)厚度(du)不應(ying)(ying)小(xiao)(xiao)于設計厚度(du)，磨(mo)除(chu)厚度(du)應(ying)(ying)小(xiao)(xiao)于容器名義厚度(du)的(de)2％且不大(da)1mm，超出時(shi)應(ying)(ying)予補焊。缺陷(xian)(xian)清除(chu)后，應(ying)(ying)進行(xing)外觀檢查(cha)，要求表面光滑(hua)平整、過渡平緩，表面需(xu)作無損檢測。
b. 局(ju)部缺陷的(de)返修
在(zai)焊縫(feng)缺陷(xian)(xian)(xian)返(fan)修(xiu)(xiu)前應(ying)對返(fan)修(xiu)(xiu)周(zhou)圍進行(xing)(xing)預熱(re)，預熱(re)溫度為100～150℃，并應(ying)用超聲(sheng)波檢測(ce)儀測(ce)定缺陷(xian)(xian)(xian)深度，根據缺陷(xian)(xian)(xian)深度確定在(zai)哪一(yi)側返(fan)修(xiu)(xiu)，清(qing)除缺陷(xian)(xian)(xian)時(shi)，應(ying)控制在(zai)鋼(gang)板(ban)厚度的2/3以內（從返(fan)修(xiu)(xiu)側表面計算(suan)），若超過焊縫(feng)深度2/3仍殘留缺陷(xian)(xian)(xian)時(shi)，應(ying)立即(ji)停止清(qing)除并進行(xing)(xing)補(bu)(bu)焊，補(bu)(bu)焊時(shi)應(ying)采(cai)用多層多道焊，不(bu)需(xu)要(yao)擺動焊。然后(hou)在(zai)其背(bei)面再次(ci)清(qing)除缺陷(xian)(xian)(xian)，進行(xing)(xing)補(bu)(bu)焊，補(bu)(bu)焊長度應(ying)＞80mm。
5. 焊接(jie)不銹鋼復層時(shi)的(de)注意事項
a. 焊接(jie)前應(ying)在(zai)坡(po)口兩側各100mm范圍內，涂刷(shua)“防飛(fei)濺(jian)(jian)劑”，以防止飛(fei)濺(jian)(jian)沾(zhan)污復層表(biao)面。
b. 焊(han)(han)接時采用小熱輸入、快速(su)焊(han)(han)、短弧焊(han)(han)、不擺動、多道焊(han)(han)的方法。
c. 嚴格控制道(dao)間溫度(du)，不超過工藝要求。
三、焊后熱處理工藝(yi)的制(zhi)定
1. 封頭的正火處(chu)理工藝
封頭在(zai)熱成(cheng)形后，為了(le)保證基層Q345R的設(she)(she)計強度(du)，需要(yao)(yao)進行(xing)(xing)恢(hui)復(fu)力學性(xing)能的正火處(chu)理，Q345R的正火工藝(yi)要(yao)(yao)求(qiu)溫度(du)控制在(zai)880～940℃。封頭經(jing)過正火處(chu)理后，對(dui)同爐母材試(shi)板進行(xing)(xing)力學性(xing)能分(fen)析和對(dui)復(fu)層進行(xing)(xing)晶(jing)間腐蝕試(shi)驗(yan)，結果都達到了(le)設(she)(she)計要(yao)(yao)求(qiu)。
2. 筒片卷制后的熱處理工藝
筒(tong)(tong)體壁厚(hou)大(da)于圓筒(tong)(tong)內徑的(de)3％時，應進行(xing)處(chu)理(li)。筒(tong)(tong)體卷制(zhi)成形后，進行(xing)了(le)消除卷制(zhi)應力的(de)熱處(chu)理(li)，其熱處(chu)理(li)溫度為（580±10）℃。
3. 設備的去應(ying)力(li)熱處(chu)理工(gong)藝
不銹(xiu)鋼復合(he)板的(de)(de)焊(han)后熱(re)處(chu)理(li)，要(yao)避免(mian)復層(ceng)母材和焊(han)接接頭中鉻碳(tan)化合(he)物析(xi)出和形成σ相，采(cai)用較低的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)溫(wen)(wen)度(du)，即（580±10）℃的(de)(de)退火工藝(yi)，保溫(wen)(wen)時(shi)間按(an)正常(chang)所需時(shi)間進行保溫(wen)(wen)。由于錐(zhui)體的(de)(de)復層(ceng)若(ruo)要(yao)在最后焊(han)接，其焊(han)接環境比較惡劣，所以把設備分為上(shang)下兩段進行整體熱(re)處(chu)理(li)，而(er)在錐(zhui)體與筒體連接的(de)(de)第(di)二節筒體上(shang)進行收口，焊(han)接完畢后，進行局(ju)部熱(re)處(chu)理(li)。
四、防(fang)止復(fu)層損(sun)傷的幾(ji)項措(cuo)施(shi)
1. 為了防止(zhi)復(fu)合板(ban)的損(sun)傷，應對復(fu)層用粘膠布進行(xing)(xing)保(bao)護；卷(juan)板(ban)時(shi)，對滾筒用麻繩或(huo)包(bao)不(bu)銹鋼皮進行(xing)(xing)保(bao)護。
2. 起(qi)吊(diao)(diao)時用專用工裝卡具進行起(qi)吊(diao)(diao)。
3. 焊(han)工(gong)在筒體內進行(xing)焊(han)接(jie)時，必須穿布(bu)鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五、根據設計圖樣(yang)的要(yao)求，焊縫檢(jian)測(ce)質量應達到BI級
焊接(jie)完(wan)畢對(dui)設(she)備(bei)縱、環(huan)焊縫進(jin)(jin)行(xing)100％的y射線(xian)檢(jian)(jian)測，焊縫一次合(he)格(ge)(ge)率達到98％，未出現(xian)裂紋、未熔合(he)等缺陷；對(dui)復層進(jin)(jin)行(xing)100％PT無損檢(jian)(jian)測，結果(guo)達到100％I級(ji)合(he)格(ge)(ge)要求。對(dui)設(she)備(bei)焊接(jie)試板進(jin)(jin)行(xing)了力學(xue)性能試驗，結果(guo)完(wan)全(quan)達到設(she)計(ji)要求。
洗滌塔的成功制作(zuo)，對(dui)設(she)(she)備(bei)制造廠家解決了大厚(hou)型(xing)不銹鋼復合板設(she)(she)備(bei)的焊接技(ji)術和制作(zuo)積累了豐富的經(jing)驗，對(dui)今后同類(lei)大型(xing)設(she)(she)備(bei)的制作(zuo)有很好的借鑒和指導意義。
