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(gang)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。不銹鋼(gang)復合板洗滌塔的結構參數見表5-53。
一、不銹鋼復合板焊接性分析
不銹鋼復(fu)合(he)(he)板焊(han)(han)接的(de)(de)最關鍵是過(guo)渡層的(de)(de)焊(han)(han)接，其屬于異(yi)種(zhong)鋼的(de)(de)焊(han)(han)接，焊(han)(han)接時(shi)要兼顧基層和復(fu)層2種(zhong)不同(tong)鋼材的(de)(de)性能。應選用合(he)(he)適的(de)(de)填(tian)充材料，同(tong)時(shi)要嚴格控制焊(han)(han)接熱輸人，使碳鋼基層一側熔深較淺(qian)，以減(jian)少焊(han)(han)縫(feng)金屬的(de)(de)稀釋和基層合(he)(he)金化(hua)。
二(er)、焊接(jie)工藝(yi)制定
1. 坡(po)口形式確定
根據圖樣要(yao)求和工(gong)藝條件，縱(zong)縫、拼縫的(de)坡(po)口(kou)(kou)采用雙(shuang)U形＋V形的(de)坡(po)口(kou)(kou)形式，如(ru)圖5-26a所示(shi)；環縫的(de)坡(po)口(kou)(kou)采用UV形的(de)坡(po)口(kou)(kou)形式，如(ru)圖5-26b所示(shi)。
采用這兩種坡口(kou)形式(shi)的(de)優(you)點為：
①. 縱縫(feng)、拼縫(feng)的(de)基層采用雙U形坡口，可以提(ti)高效(xiao)率(lv)，減(jian)少焊接(jie)變形，防止筒體產(chan)生內棱角，避免焊縫(feng)內部(bu)存在過大的(de)焊接(jie)應力；而環(huan)縫(feng)的(de)基層采用UV形坡口，可以減(jian)少過渡層與復層的(de)填充金(jin)屬量，以提(ti)高效(xiao)率(lv)，同時也減(jian)少復層焊縫(feng)的(de)多次受熱，以免熔合線附近產(chan)生晶間腐蝕。
②. 焊接過渡(du)層時熔合(he)比(bi)小，可降(jiang)低焊縫(feng)金屬的(de)稀釋率，以保證(zheng)過渡(du)層焊縫(feng)性(xing)能。
③. 能避(bi)免基層(ceng)(ceng)焊縫焊到復(fu)層(ceng)(ceng)上，以保證復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)耐蝕性。
2. 焊接(jie)材料(liao)選擇
為了保(bao)證焊(han)(han)縫(feng)質量(liang)(liang)，焊(han)(han)接時應嚴格(ge)控(kong)制焊(han)(han)縫(feng)中有害(hai)雜質元素S、P的(de)含量(liang)(liang)和焊(han)(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)C含量(liang)(liang)，限(xian)制焊(han)(han)接熱輸入(ru)及(ji)高溫度(du)停留(liu)時間。不(bu)銹鋼復合板洗滌塔的(de)焊(han)(han)材(cai)選用情況見表 5-54 。
3. 焊(han)接(jie)技術要求
a. 焊接(jie)不銹鋼復合板洗滌塔所(suo)采(cai)用的(de)焊接(jie)參數見表5-55。焊接(jie)基層時(shi)的(de)消氫(qing)溫度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部件(jian)的焊(han)接技(ji)術要求
①. 封頭拼(pin)接(jie)
封(feng)頭拼接(jie)最(zui)為(wei)關鍵的(de)(de)(de)(de)(de)是制訂焊(han)(han)(han)接(jie)順(shun)序、成形工(gong)藝(yi)和(he)(he)熱處(chu)理工(gong)藝(yi)。為(wei)了保證(zheng)基(ji)層(ceng)(ceng)Q345R的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計強(qiang)度，封(feng)頭在(zai)熱成形后(hou)要(yao)進行(xing)恢復力學(xue)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)正火處(chu)理；而不銹鋼的(de)(de)(de)(de)(de)敏(min)化溫度區(qu)(qu)間為(wei)500～800℃，若在(zai)此區(qu)(qu)間時(shi)間停留過長，則會(hui)導致復層(ceng)(ceng)晶界析出σ相，產生組織脆化，引起晶間腐(fu)蝕。為(wei)了保證(zheng)復層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)快速冷(leng)卻和(he)(he)基(ji)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)空冷(leng)，封(feng)頭熱壓(ya)成形后(hou)采用(yong)復層(ceng)(ceng)噴霧水的(de)(de)(de)(de)(de)快冷(leng)工(gong)藝(yi)。為(wei)了保證(zheng)過渡(du)層(ceng)(ceng)和(he)(he)復層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)質(zhi)量(liang)，在(zai)基(ji)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)接(jie)完成后(hou)，進行(xing)封(feng)頭的(de)(de)(de)(de)(de)成形和(he)(he)正火處(chu)理。在(zai)母材試板合(he)格后(hou)，進行(xing)過渡(du)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)，復層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)在(zai)去應力處(chu)理后(hou)進行(xing)，確(que)保設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)質(zhi)量(liang)。封(feng)頭的(de)(de)(de)(de)(de)拼接(jie)工(gong)藝(yi)評(ping)定力學(xue)性能(neng)見表5-56。
②. 筒體焊(han)接
筒體焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時先(xian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)內側基(ji)層的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，采用埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)時應(ying)預留(liu)3～5mm不焊(han)(han)(han)(han)，再用焊(han)(han)(han)(han)條電(dian)弧焊(han)(han)(han)(han)填充(chong)，以免將埋(mai)弧焊(han)(han)(han)(han)的焊(han)(han)(han)(han)縫焊(han)(han)(han)(han)在復層上，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)完畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)(xiao)氫處理(li)；再從外(wai)側用碳(tan)弧氣(qi)刨(bao)進(jin)(jin)行(xing)(xing)清根(gen)，用角磨機打磨掉滲碳(tan)層；對(dui)外(wai)側進(jin)(jin)行(xing)(xing)基(ji)層的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)完畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)(xiao)氫處理(li)；對(dui)基(ji)層焊(han)(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％的RT無損檢測，RT合格(ge)后(hou)(hou)對(dui)復層側的基(ji)層焊(han)(han)(han)(han)縫余高(gao)進(jin)(jin)行(xing)(xing)磨平，再對(dui)基(ji)層表面進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％PT無損檢測；再進(jin)(jin)行(xing)(xing)過渡(du)層的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，待熱處理(li)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)復層的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
③. 錐(zhui)體(ti)的焊接
錐(zhui)(zhui)體(ti)由四(si)節組成，其中(zhong)兩(liang)節為(wei)8（錐(zhui)(zhui)體(ti)壁厚）100mm＋4mm，一節為(wei)860mm＋4mm，一節為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)(zhui)體(ti)的(de)夾角為(wei)60°，錐(zhui)(zhui)體(ti)的(de)坡口在(zai)立車上加工。其中(zhong)8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)錐(zhui)(zhui)體(ti)環(huan)焊(han)(han)縫在(zai)專用的(de)焊(han)(han)接輔助(zhu)工裝進(jin)行埋弧焊(han)(han)焊(han)(han)接外側基層(ceng)，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端的(de)錐(zhui)(zhui)體(ti)環(huan)焊(han)(han)縫采用了(le)全焊(han)(han)條電弧焊(han)(han)的(de)工藝。
④. 殼(ke)體與(yu)堆焊(han)接管的焊(han)接
坡(po)口(kou)的制(zhi)備(bei)如圖5-28a所示。大(da)厚壁(bi)殼(ke)體(ti)與(yu)堆(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)管(guan)的基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，由于(yu)剛度(du)大(da)、拘(ju)束度(du)大(da)，其預(yu)(yu)(yu)熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)應(ying)比(bi)殼(ke)體(ti)對接(jie)(jie)(jie)(jie)的預(yu)(yu)(yu)熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)要(yao)高，預(yu)(yu)(yu)熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)應(ying)控(kong)制(zhi)在(zai)200℃以(yi)(yi)上(shang)。為(wei)了(le)減輕大(da)厚堆(dui)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)管(guan)在(zai)筒體(ti)上(shang)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變(bian)形，在(zai)筒體(ti)內部安裝工裝支撐，同時從焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工藝、焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)順序方(fang)(fang)面(mian)加以(yi)(yi)控(kong)制(zhi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變(bian)形，采用(yong)細焊(han)(han)(han)條、小電流、分(fen)(fen)段(duan)焊(han)(han)(han)、多(duo)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)多(duo)道焊(han)(han)(han)等(deng)方(fang)(fang)法。為(wei)了(le)防止打(da)底(di)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫因(yin)收縮應(ying)力過大(da)而引起(qi)焊(han)(han)(han)縫開(kai)裂，打(da)底(di)焊(han)(han)(han)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)一般分(fen)(fen)為(wei)6～8段(duan)，后(hou)續焊(han)(han)(han)道可以(yi)(yi)逐步減少(shao)分(fen)(fen)段(duan)數，可以(yi)(yi)降低焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)殘余應(ying)力。基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)后(hou)立即(ji)進行消氫(qing)處理和(he)保溫(wen)(wen)(wen)緩冷，冷卻至常溫(wen)(wen)(wen)后(hou)對基層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫進行100％UT無(wu)損檢測。UT無(wu)損檢測合格后(hou)，再按要(yao)求進行過渡層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)和(he)熱處理后(hou)進行復層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)。
⑤. 殼體(ti)與不銹鋼接管(guan)的焊接
坡口的(de)(de)制(zhi)備(bei)如圖5-28b所(suo)示。采(cai)(cai)用對(dui)(dui)殼體開孔處(chu)(chu)的(de)(de)基層(ceng)預(yu)(yu)先進行堆焊(han)(han)過渡層(ceng)的(de)(de)工藝(yi)(yi)，焊(han)(han)接時(shi)采(cai)(cai)用短弧、小(xiao)電流、反極性(xing)、快速窄道(dao)(dao)焊(han)(han)和(he)多(duo)層(ceng)多(duo)道(dao)(dao)焊(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)接工藝(yi)(yi)，從而(er)保證了(le)焊(han)(han)接質(zhi)量(liang)。嚴格控制(zhi)道(dao)(dao)間(jian)溫(wen)度(du)(du)，一般不要(yao)高于150℃。由于此處(chu)(chu)的(de)(de)剛度(du)(du)、拘束(shu)度(du)(du)和(he)焊(han)(han)接應力都(dou)非(fei)常(chang)大，對(dui)(dui)不銹鋼之間(jian)的(de)(de)焊(han)(han)接也采(cai)(cai)取了(le)預(yu)(yu)熱100℃以(yi)上(shang)的(de)(de)工藝(yi)(yi)。焊(han)(han)接后進行保溫(wen)緩冷，冷卻至常(chang)溫(wen)后對(dui)(dui)角焊(han)(han)縫進100％UT無(wu)損檢測。
4. 焊縫的返修要求
a. 表面缺陷的返修(xiu)
缺(que)陷經修磨(mo)清除(chu)后(hou)，修磨(mo)處的厚(hou)度(du)不應小(xiao)于(yu)設計厚(hou)度(du)，磨(mo)除(chu)厚(hou)度(du)應小(xiao)于(yu)容器名(ming)義厚(hou)度(du)的2％且(qie)不大1mm，超出(chu)時應予補焊。缺(que)陷清除(chu)后(hou)，應進行外觀(guan)檢查，要求表面(mian)光滑平整、過渡平緩，表面(mian)需作(zuo)無損檢測。
b. 局部缺陷的返(fan)修
在(zai)(zai)焊(han)縫缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)返(fan)修(xiu)前應(ying)對返(fan)修(xiu)周圍進(jin)行(xing)預熱(re)，預熱(re)溫度為100～150℃，并(bing)應(ying)用超(chao)聲(sheng)波檢測儀測定(ding)(ding)缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)深(shen)度，根據缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)深(shen)度確(que)定(ding)(ding)在(zai)(zai)哪一側返(fan)修(xiu)，清除缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時，應(ying)控制(zhi)在(zai)(zai)鋼(gang)板厚度的(de)2/3以內（從返(fan)修(xiu)側表(biao)面計(ji)算），若超(chao)過焊(han)縫深(shen)度2/3仍殘留缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時，應(ying)立即停止清除并(bing)進(jin)行(xing)補(bu)焊(han)，補(bu)焊(han)時應(ying)采(cai)用多層多道焊(han)，不需要擺動焊(han)。然后在(zai)(zai)其(qi)背面再次清除缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)，進(jin)行(xing)補(bu)焊(han)，補(bu)焊(han)長度應(ying)＞80mm。
5. 焊接不(bu)銹鋼(gang)復層(ceng)時的注意事項
a. 焊(han)接前應(ying)在坡口兩側各100mm范圍內(nei)，涂刷“防飛(fei)濺劑”，以防止(zhi)飛(fei)濺沾(zhan)污復(fu)層表(biao)面。
b. 焊接時采用(yong)小熱輸(shu)入、快速焊、短弧焊、不擺動(dong)、多道焊的方法。
c. 嚴(yan)格(ge)控制(zhi)道間溫度，不超(chao)過工(gong)藝(yi)要求。
三、焊(han)后熱處理工藝(yi)的制定
1. 封頭(tou)的正火處理工(gong)藝
封(feng)頭(tou)在熱成形后(hou)，為(wei)了保證(zheng)基層(ceng)Q345R的設計強度，需(xu)要進行(xing)恢復力(li)學(xue)(xue)性(xing)能的正火處理，Q345R的正火工藝要求溫度控制在880～940℃。封(feng)頭(tou)經過(guo)正火處理后(hou)，對同(tong)爐(lu)母材試板進行(xing)力(li)學(xue)(xue)性(xing)能分析和對復層(ceng)進行(xing)晶間腐蝕(shi)試驗，結果都達到了設計要求。
2. 筒(tong)片卷(juan)制后的(de)熱(re)處理(li)工(gong)藝
筒體壁厚(hou)大(da)于圓筒內徑的(de)3％時，應(ying)(ying)進行處理。筒體卷(juan)制成形后，進行了消除(chu)卷(juan)制應(ying)(ying)力的(de)熱(re)處理，其熱(re)處理溫度為（580±10）℃。
3. 設備的去(qu)應力熱處理工藝
不銹(xiu)鋼(gang)復合板的焊(han)(han)(han)后(hou)熱處(chu)(chu)理(li)，要避免復層母材和焊(han)(han)(han)接(jie)接(jie)頭中鉻碳化合物析出和形成σ相，采用較低的熱處(chu)(chu)理(li)溫度，即（580±10）℃的退火工藝(yi)，保溫時間按(an)正常所需(xu)時間進(jin)行(xing)保溫。由于錐體(ti)的復層若要在(zai)最后(hou)焊(han)(han)(han)接(jie)，其焊(han)(han)(han)接(jie)環境比較惡劣，所以(yi)把設(she)備分(fen)為上(shang)下(xia)兩段進(jin)行(xing)整體(ti)熱處(chu)(chu)理(li)，而在(zai)錐體(ti)與筒(tong)體(ti)連接(jie)的第二節筒(tong)體(ti)上(shang)進(jin)行(xing)收口(kou)，焊(han)(han)(han)接(jie)完畢(bi)后(hou)，進(jin)行(xing)局部熱處(chu)(chu)理(li)。
四、防(fang)止復層(ceng)損傷的幾項措施
1. 為了防止復合板(ban)的損傷，應(ying)對復層(ceng)用(yong)粘(zhan)膠布(bu)進行保護；卷板(ban)時，對滾筒用(yong)麻繩或包不(bu)銹鋼(gang)皮進行保護。
2. 起吊時用(yong)(yong)專(zhuan)用(yong)(yong)工(gong)裝(zhuang)卡具進行起吊。
3. 焊工在筒體內進行焊接時，必須穿布(bu)鞋或膠(jiao)鞋。
五(wu)、根據設計圖樣的要求，焊縫檢測質量應達到BI級
焊(han)接完畢對設備縱、環焊(han)縫(feng)進(jin)(jin)行100％的y射線檢測(ce)，焊(han)縫(feng)一次合格率達到98％，未出(chu)現(xian)裂紋、未熔合等缺陷；對復層進(jin)(jin)行100％PT無損檢測(ce)，結果達到100％I級合格要(yao)求(qiu)。對設備焊(han)接試板進(jin)(jin)行了力學(xue)性能試驗，結果完全達到設計要(yao)求(qiu)。
洗滌塔的(de)(de)成功制作，對設備(bei)制造(zao)廠家解決了大(da)厚型不銹鋼復合(he)板設備(bei)的(de)(de)焊接技術和制作積累了豐富(fu)的(de)(de)經驗，對今后同類大(da)型設備(bei)的(de)(de)制作有(you)很好的(de)(de)借鑒和指導意義。
