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(fu)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(xiu)鋼復合(he)板焊接性分析
不銹鋼(gang)復合板焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)最(zui)關鍵是過渡(du)層的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)，其屬于異種鋼(gang)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)接(jie)時(shi)要兼顧基(ji)層和(he)復層2種不同鋼(gang)材的(de)(de)性能。應選用合適的(de)(de)填(tian)充材料，同時(shi)要嚴格控制焊(han)(han)接(jie)熱輸人，使碳鋼(gang)基(ji)層一(yi)側熔深較淺，以(yi)減少(shao)焊(han)(han)縫金(jin)屬的(de)(de)稀釋和(he)基(ji)層合金(jin)化。
二、焊接工藝制定(ding)
1. 坡口形式(shi)確定(ding)
根據圖(tu)樣要求和(he)工藝條件(jian)，縱縫、拼縫的(de)坡口采(cai)用雙U形(xing)＋V形(xing)的(de)坡口形(xing)式(shi)，如圖(tu)5-26a所示(shi)；環縫的(de)坡口采(cai)用UV形(xing)的(de)坡口形(xing)式(shi)，如圖(tu)5-26b所示(shi)。
采用(yong)這兩種(zhong)坡(po)口形式的優點為：
①. 縱縫(feng)(feng)(feng)、拼縫(feng)(feng)(feng)的基層(ceng)采用雙U形(xing)(xing)坡(po)口，可以提高效率，減(jian)少焊(han)(han)接(jie)變(bian)形(xing)(xing)，防止筒體(ti)產(chan)生(sheng)內(nei)棱角，避(bi)免焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)內(nei)部存在過大的焊(han)(han)接(jie)應力；而(er)環縫(feng)(feng)(feng)的基層(ceng)采用UV形(xing)(xing)坡(po)口，可以減(jian)少過渡層(ceng)與復(fu)層(ceng)的填充金屬(shu)量(liang)，以提高效率，同時也(ye)減(jian)少復(fu)層(ceng)焊(han)(han)縫(feng)(feng)(feng)的多次(ci)受熱(re)，以免熔合線附(fu)近產(chan)生(sheng)晶間腐蝕。
②. 焊接過渡(du)層時(shi)熔合比小(xiao)，可降低焊縫金屬的稀釋(shi)率，以保證過渡(du)層焊縫性能。
③. 能(neng)避免基(ji)層焊(han)縫(feng)焊(han)到(dao)復層上(shang)，以保(bao)證復層的(de)耐蝕性。
2. 焊接材料(liao)選(xuan)擇
為了(le)保證焊縫質量，焊接時應嚴格控制焊縫中有害雜(za)質元(yuan)素S、P的含量和(he)焊縫金屬的C含量，限制焊接熱輸入及高溫度停留時間。不銹鋼復合板洗(xi)滌塔(ta)的焊材選(xuan)用情況(kuang)見表(biao) 5-54 。
3. 焊接技術(shu)要求
a. 焊接不銹鋼(gang)復合板洗滌塔所采用的(de)焊接參(can)數(shu)見表5-55。焊接基層(ceng)時的(de)消氫溫度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部件的焊接技術要求
①. 封頭(tou)拼(pin)接(jie)
封(feng)頭拼接(jie)最為(wei)關(guan)鍵的(de)(de)(de)(de)是(shi)制訂焊(han)(han)(han)(han)接(jie)順序、成(cheng)形工藝(yi)和熱處(chu)理(li)工藝(yi)。為(wei)了(le)保(bao)證基層(ceng)Q345R的(de)(de)(de)(de)設計強度，封(feng)頭在(zai)熱成(cheng)形后要進行恢復力(li)學(xue)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)(de)正火處(chu)理(li)；而不(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)(de)敏化溫度區(qu)間為(wei)500～800℃，若在(zai)此(ci)區(qu)間時間停留過長，則會導(dao)致(zhi)復層(ceng)晶界析出(chu)σ相，產生組織脆化，引(yin)起晶間腐蝕。為(wei)了(le)保(bao)證復層(ceng)的(de)(de)(de)(de)快速冷卻和基層(ceng)的(de)(de)(de)(de)空冷，封(feng)頭熱壓成(cheng)形后采用復層(ceng)噴(pen)霧(wu)水的(de)(de)(de)(de)快冷工藝(yi)。為(wei)了(le)保(bao)證過渡(du)層(ceng)和復層(ceng)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)縫質(zhi)量，在(zai)基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)完成(cheng)后，進行封(feng)頭的(de)(de)(de)(de)成(cheng)形和正火處(chu)理(li)。在(zai)母材(cai)試板合格(ge)后，進行過渡(du)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，復層(ceng)的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)在(zai)去應(ying)力(li)處(chu)理(li)后進行，確保(bao)設備的(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)質(zhi)量。封(feng)頭的(de)(de)(de)(de)拼接(jie)工藝(yi)評定(ding)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)見表5-56。
②. 筒體焊接(jie)
筒體焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時先進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)內側基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，采用埋(mai)弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時應預(yu)留3～5mm不焊(han)(han)，再(zai)用焊(han)(han)條電弧焊(han)(han)填充，以免將埋(mai)弧焊(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)縫焊(han)(han)在復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上(shang)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)完畢后(hou)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)消(xiao)氫處(chu)理；再(zai)從外側用碳弧氣刨(bao)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)清根(gen)，用角磨機(ji)打磨掉滲碳層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)；對(dui)外側進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)完畢后(hou)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)消(xiao)氫處(chu)理；對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)100％的(de)(de)RT無損檢(jian)測，RT合格后(hou)對(dui)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)側的(de)(de)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫余(yu)高(gao)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)磨平(ping)，再(zai)對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表(biao)面(mian)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)100％PT無損檢(jian)測；再(zai)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)過渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，待(dai)熱(re)處(chu)理后(hou)進(jin)(jin)(jin)行(xing)(xing)(xing)(xing)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。
③. 錐體的焊(han)接
錐(zhui)(zhui)(zhui)(zhui)體(ti)由四節(jie)(jie)組(zu)成，其中兩節(jie)(jie)為8（錐(zhui)(zhui)(zhui)(zhui)體(ti)壁厚）100mm＋4mm，一(yi)節(jie)(jie)為860mm＋4mm，一(yi)節(jie)(jie)為830mm＋4mm。錐(zhui)(zhui)(zhui)(zhui)體(ti)的夾角為60°，錐(zhui)(zhui)(zhui)(zhui)體(ti)的坡(po)口在立車上加工。其中8100mm＋4mm和(he)860mm＋4mm的錐(zhui)(zhui)(zhui)(zhui)體(ti)環(huan)焊(han)(han)縫在專用的焊(han)(han)接輔助(zhu)工裝進(jin)行埋弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接外側(ce)基層，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端(duan)的錐(zhui)(zhui)(zhui)(zhui)體(ti)環(huan)焊(han)(han)縫采用了全焊(han)(han)條電弧(hu)焊(han)(han)的工藝。
④. 殼體(ti)與堆焊(han)接管的(de)焊(han)接
坡(po)口的制(zhi)備如圖5-28a所(suo)示(shi)。大厚壁殼(ke)(ke)體(ti)與(yu)堆焊(han)(han)接(jie)管的基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)接(jie)，由于剛度(du)(du)(du)大、拘束度(du)(du)(du)大，其預熱溫度(du)(du)(du)應(ying)比(bi)殼(ke)(ke)體(ti)對接(jie)的預熱溫度(du)(du)(du)要高，預熱溫度(du)(du)(du)應(ying)控制(zhi)在200℃以(yi)上。為(wei)了(le)減(jian)輕大厚堆焊(han)(han)接(jie)管在筒體(ti)上的焊(han)(han)接(jie)變(bian)形(xing)，在筒體(ti)內部(bu)安(an)裝(zhuang)工裝(zhuang)支(zhi)撐，同時從焊(han)(han)接(jie)工藝、焊(han)(han)接(jie)順序方(fang)面加以(yi)控制(zhi)焊(han)(han)接(jie)變(bian)形(xing)，采用細焊(han)(han)條、小(xiao)電(dian)流、分段(duan)(duan)焊(han)(han)、多層(ceng)(ceng)多道焊(han)(han)等方(fang)法。為(wei)了(le)防止打(da)底(di)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫(feng)因收縮應(ying)力(li)(li)過(guo)(guo)大而引(yin)起焊(han)(han)縫(feng)開裂，打(da)底(di)焊(han)(han)層(ceng)(ceng)一般分為(wei)6～8段(duan)(duan)，后(hou)續焊(han)(han)道可以(yi)逐步減(jian)少分段(duan)(duan)數，可以(yi)降低焊(han)(han)接(jie)殘余(yu)應(ying)力(li)(li)。基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)后(hou)立即進行(xing)消氫處(chu)理和保溫緩冷，冷卻(que)至常溫后(hou)對基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫(feng)進行(xing)100％UT無損檢測。UT無損檢測合(he)格后(hou)，再按要求進行(xing)過(guo)(guo)渡(du)層(ceng)(ceng)的焊(han)(han)接(jie)和熱處(chu)理后(hou)進行(xing)復層(ceng)(ceng)的焊(han)(han)接(jie)。
⑤. 殼體與不銹鋼接(jie)管的焊(han)接(jie)
坡口(kou)的(de)(de)制備如圖5-28b所示。采用對(dui)殼體開孔(kong)處(chu)的(de)(de)基層預(yu)先進行堆焊(han)(han)(han)過渡層的(de)(de)工(gong)藝，焊(han)(han)(han)接時采用短弧、小電流、反(fan)極性、快速窄道(dao)(dao)焊(han)(han)(han)和多層多道(dao)(dao)焊(han)(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接工(gong)藝，從而(er)保證了(le)焊(han)(han)(han)接質量。嚴格控制道(dao)(dao)間溫度，一(yi)般(ban)不(bu)要高于(yu)150℃。由于(yu)此(ci)處(chu)的(de)(de)剛(gang)度、拘束(shu)度和焊(han)(han)(han)接應力都非常大，對(dui)不(bu)銹鋼之間的(de)(de)焊(han)(han)(han)接也(ye)采取了(le)預(yu)熱100℃以上(shang)的(de)(de)工(gong)藝。焊(han)(han)(han)接后進行保溫緩冷(leng)，冷(leng)卻至(zhi)常溫后對(dui)角(jiao)焊(han)(han)(han)縫進100％UT無損檢測。
4. 焊縫的(de)返修要(yao)求
a. 表(biao)面缺陷的返修
缺(que)陷經修(xiu)磨(mo)清除后(hou)(hou)，修(xiu)磨(mo)處的厚(hou)度不(bu)應小于(yu)設計厚(hou)度，磨(mo)除厚(hou)度應小于(yu)容(rong)器名義厚(hou)度的2％且不(bu)大1mm，超(chao)出時應予補焊。缺(que)陷清除后(hou)(hou)，應進(jin)行外(wai)觀(guan)檢(jian)(jian)查，要求表(biao)面光滑平整、過(guo)渡(du)平緩(huan)，表(biao)面需作無損檢(jian)(jian)測。
b. 局部缺陷的返修(xiu)
在(zai)(zai)焊縫缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)返(fan)修(xiu)前應(ying)對返(fan)修(xiu)周圍進行(xing)預(yu)熱，預(yu)熱溫度(du)為100～150℃，并應(ying)用(yong)(yong)超聲波(bo)檢測儀測定缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)深度(du)，根據缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)深度(du)確定在(zai)(zai)哪一側返(fan)修(xiu)，清(qing)除(chu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時，應(ying)控制(zhi)在(zai)(zai)鋼板厚(hou)度(du)的(de)2/3以內（從返(fan)修(xiu)側表面計算），若超過焊縫深度(du)2/3仍殘留缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時，應(ying)立即停止清(qing)除(chu)并進行(xing)補(bu)焊，補(bu)焊時應(ying)采(cai)用(yong)(yong)多層多道焊，不(bu)需(xu)要擺動(dong)焊。然后在(zai)(zai)其背面再次清(qing)除(chu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)，進行(xing)補(bu)焊，補(bu)焊長度(du)應(ying)＞80mm。
5. 焊接不銹鋼復層時的注意事(shi)項
a. 焊接前(qian)應(ying)在(zai)坡口兩(liang)側各100mm范圍內，涂刷“防飛濺(jian)劑”，以防止飛濺(jian)沾污(wu)復層表面。
b. 焊接時采(cai)用小熱輸入(ru)、快速焊、短弧焊、不擺動、多道焊的方法。
c. 嚴格(ge)控制道間溫(wen)度，不超過工藝要求。
三、焊后熱處理工藝的制(zhi)定
1. 封頭(tou)的正火處理工藝
封頭(tou)在(zai)熱成形后，為了保證基(ji)層Q345R的(de)(de)設(she)計強度(du)，需要進行恢(hui)復(fu)力學性能的(de)(de)正火處(chu)理，Q345R的(de)(de)正火工藝要求溫度(du)控(kong)制在(zai)880～940℃。封頭(tou)經(jing)過正火處(chu)理后，對同爐母材試板進行力學性能分析和對復(fu)層進行晶間腐(fu)蝕試驗，結果(guo)都(dou)達到了設(she)計要求。
2. 筒(tong)片(pian)卷制后的熱處(chu)理工(gong)藝(yi)
筒(tong)體壁厚大于圓筒(tong)內徑的3％時，應(ying)進(jin)行(xing)處理。筒(tong)體卷制(zhi)成形后，進(jin)行(xing)了(le)消除卷制(zhi)應(ying)力的熱處理，其熱處理溫(wen)度為（580±10）℃。
3. 設(she)備的去(qu)應力熱處理工藝
不銹鋼復合(he)板(ban)的(de)(de)焊后(hou)(hou)熱(re)處(chu)理(li)(li)，要避免(mian)復層母(mu)材和焊接(jie)接(jie)頭中鉻碳(tan)化合(he)物析(xi)出和形成σ相，采(cai)用較(jiao)低的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)(li)溫度(du)，即（580±10）℃的(de)(de)退火工藝，保溫時間按正常所(suo)需(xu)時間進(jin)行保溫。由于(yu)錐體(ti)的(de)(de)復層若要在(zai)最后(hou)(hou)焊接(jie)，其焊接(jie)環境比較(jiao)惡劣，所(suo)以把設備分為上下兩段進(jin)行整體(ti)熱(re)處(chu)理(li)(li)，而在(zai)錐體(ti)與筒體(ti)連接(jie)的(de)(de)第二節筒體(ti)上進(jin)行收口，焊接(jie)完畢(bi)后(hou)(hou)，進(jin)行局(ju)部(bu)熱(re)處(chu)理(li)(li)。
四、防止復層損傷的幾項措施
1. 為了防止復合(he)板(ban)的損傷(shang)，應對復層用粘膠布進行保護；卷板(ban)時，對滾筒用麻(ma)繩或包不(bu)銹鋼皮進行保護。
2. 起吊時用專用工裝卡具進(jin)行起吊。
3. 焊(han)工在筒體內進行(xing)焊(han)接(jie)時，必須穿布鞋或膠鞋。
五、根據(ju)設計圖樣的要求，焊縫檢測質量應(ying)達到BI級
焊接(jie)完(wan)畢對設(she)(she)備(bei)縱、環焊縫(feng)進行(xing)100％的y射線(xian)檢(jian)測，焊縫(feng)一次合格率達(da)到98％，未出現裂紋、未熔(rong)合等缺陷；對復(fu)層進行(xing)100％PT無損檢(jian)測，結果達(da)到100％I級合格要求(qiu)。對設(she)(she)備(bei)焊接(jie)試板進行(xing)了力學性能試驗，結果完(wan)全(quan)達(da)到設(she)(she)計(ji)要求(qiu)。
洗滌塔(ta)的(de)(de)成功制(zhi)作(zuo)，對設(she)備(bei)制(zhi)造(zao)廠家解決了大(da)厚型(xing)不銹鋼復合板設(she)備(bei)的(de)(de)焊接技術(shu)和(he)制(zhi)作(zuo)積累(lei)了豐富的(de)(de)經驗，對今后同類大(da)型(xing)設(she)備(bei)的(de)(de)制(zhi)作(zuo)有很好的(de)(de)借鑒和(he)指(zhi)導意義。
