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(fu)合板焊接性分析
不銹鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)板焊(han)(han)接(jie)(jie)的(de)(de)最關(guan)鍵是過渡層的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)，其屬(shu)于異種鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)，焊(han)(han)接(jie)(jie)時要兼顧基層和復(fu)層2種不同鋼(gang)(gang)材的(de)(de)性能。應選用合(he)適的(de)(de)填充材料，同時要嚴格控制焊(han)(han)接(jie)(jie)熱輸(shu)人，使(shi)碳鋼(gang)(gang)基層一側熔深較淺，以減少焊(han)(han)縫金(jin)屬(shu)的(de)(de)稀釋和基層合(he)金(jin)化。
二、焊接工藝制定(ding)
1. 坡口形(xing)式確定
根據(ju)圖樣(yang)要(yao)求和工藝條件，縱縫(feng)、拼縫(feng)的坡口(kou)采(cai)用雙U形(xing)(xing)＋V形(xing)(xing)的坡口(kou)形(xing)(xing)式，如(ru)(ru)圖5-26a所示；環縫(feng)的坡口(kou)采(cai)用UV形(xing)(xing)的坡口(kou)形(xing)(xing)式，如(ru)(ru)圖5-26b所示。
采用(yong)這兩(liang)種坡口形式(shi)的(de)優點(dian)為(wei)：
①. 縱縫、拼縫的(de)(de)基層采用雙(shuang)U形坡口，可以(yi)提(ti)高(gao)效(xiao)率，減(jian)少焊接變形，防止筒體產生(sheng)內棱角，避免焊縫內部(bu)存在過大的(de)(de)焊接應(ying)力；而環縫的(de)(de)基層采用UV形坡口，可以(yi)減(jian)少過渡(du)層與復層的(de)(de)填充金(jin)屬量，以(yi)提(ti)高(gao)效(xiao)率，同時也減(jian)少復層焊縫的(de)(de)多次受熱，以(yi)免熔合線附(fu)近產生(sheng)晶(jing)間腐蝕。
②. 焊(han)(han)接過渡(du)層(ceng)時熔合比小，可降(jiang)低焊(han)(han)縫金屬的稀釋(shi)率，以保(bao)證過渡(du)層(ceng)焊(han)(han)縫性能。
③. 能避(bi)免基(ji)層焊(han)縫(feng)焊(han)到復(fu)層上，以保證復(fu)層的耐蝕(shi)性。
2. 焊接材料選擇
為了保證焊(han)(han)(han)縫質(zhi)量(liang)(liang)，焊(han)(han)(han)接(jie)時應嚴(yan)格控制焊(han)(han)(han)縫中有害雜質(zhi)元(yuan)素S、P的(de)含量(liang)(liang)和焊(han)(han)(han)縫金屬(shu)的(de)C含量(liang)(liang)，限制焊(han)(han)(han)接(jie)熱輸入及高溫度停留時間。不銹鋼復合板洗滌塔的(de)焊(han)(han)(han)材(cai)選用情況見表(biao) 5-54 。
3. 焊接(jie)技(ji)術要求
a. 焊(han)接(jie)不銹(xiu)鋼復合(he)板洗(xi)滌塔(ta)所(suo)采用(yong)的焊(han)接(jie)參(can)數見表5-55。焊(han)接(jie)基層時的消氫溫度為300～350℃／2h。
b. 關(guan)鍵部件(jian)的焊接技(ji)術(shu)要(yao)求(qiu)
①. 封頭拼(pin)接
封(feng)頭拼(pin)接(jie)最(zui)為(wei)關鍵的(de)(de)(de)是制(zhi)訂焊接(jie)順序、成(cheng)(cheng)形工(gong)藝和(he)(he)熱處(chu)理(li)(li)工(gong)藝。為(wei)了(le)保證(zheng)(zheng)基(ji)層(ceng)(ceng)Q345R的(de)(de)(de)設(she)計(ji)強度，封(feng)頭在(zai)(zai)熱成(cheng)(cheng)形后(hou)要(yao)進行恢(hui)復(fu)力(li)學性(xing)能的(de)(de)(de)正火(huo)處(chu)理(li)(li)；而不銹(xiu)鋼的(de)(de)(de)敏(min)化(hua)溫度區(qu)(qu)間(jian)為(wei)500～800℃，若(ruo)在(zai)(zai)此區(qu)(qu)間(jian)時間(jian)停留過長，則會導致復(fu)層(ceng)(ceng)晶(jing)界析出(chu)σ相，產生組織脆化(hua)，引起晶(jing)間(jian)腐蝕。為(wei)了(le)保證(zheng)(zheng)復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)快速冷(leng)卻和(he)(he)基(ji)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)空冷(leng)，封(feng)頭熱壓成(cheng)(cheng)形后(hou)采(cai)用(yong)復(fu)層(ceng)(ceng)噴霧水的(de)(de)(de)快冷(leng)工(gong)藝。為(wei)了(le)保證(zheng)(zheng)過渡層(ceng)(ceng)和(he)(he)復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)焊縫質(zhi)量，在(zai)(zai)基(ji)層(ceng)(ceng)焊接(jie)完成(cheng)(cheng)后(hou)，進行封(feng)頭的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)形和(he)(he)正火(huo)處(chu)理(li)(li)。在(zai)(zai)母(mu)材試板合格后(hou)，進行過渡層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)焊接(jie)，復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)焊接(jie)在(zai)(zai)去應力(li)處(chu)理(li)(li)后(hou)進行，確保設(she)備的(de)(de)(de)焊接(jie)質(zhi)量。封(feng)頭的(de)(de)(de)拼(pin)接(jie)工(gong)藝評(ping)定(ding)力(li)學性(xing)能見表(biao)5-56。
②. 筒體(ti)焊(han)接
筒(tong)體焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時先進(jin)(jin)(jin)行(xing)內側基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，采用埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時應預留3～5mm不焊(han)(han)(han)，再(zai)用焊(han)(han)(han)條電弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)填充，以免將(jiang)埋弧(hu)(hu)焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)焊(han)(han)(han)在復層(ceng)(ceng)(ceng)上，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)畢后進(jin)(jin)(jin)行(xing)消氫(qing)處理(li)；再(zai)從(cong)外側用碳弧(hu)(hu)氣刨進(jin)(jin)(jin)行(xing)清根，用角磨機打(da)磨掉滲碳層(ceng)(ceng)(ceng)；對(dui)外側進(jin)(jin)(jin)行(xing)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)畢后進(jin)(jin)(jin)行(xing)消氫(qing)處理(li)；對(dui)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)進(jin)(jin)(jin)行(xing)100％的(de)RT無(wu)損檢測，RT合(he)格后對(dui)復層(ceng)(ceng)(ceng)側的(de)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫(feng)(feng)余高(gao)進(jin)(jin)(jin)行(xing)磨平，再(zai)對(dui)基(ji)(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)表面進(jin)(jin)(jin)行(xing)100％PT無(wu)損檢測；再(zai)進(jin)(jin)(jin)行(xing)過(guo)渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，待熱處理(li)后進(jin)(jin)(jin)行(xing)復層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
③. 錐體(ti)的焊接
錐(zhui)體(ti)由(you)四節(jie)組成，其(qi)(qi)中(zhong)兩節(jie)為(wei)8（錐(zhui)體(ti)壁厚）100mm＋4mm，一節(jie)為(wei)860mm＋4mm，一節(jie)為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)體(ti)的(de)夾角為(wei)60°，錐(zhui)體(ti)的(de)坡口在立車上加工(gong)(gong)。其(qi)(qi)中(zhong)8100mm＋4mm和(he)860mm＋4mm的(de)錐(zhui)體(ti)環焊(han)縫在專用的(de)焊(han)接(jie)輔助工(gong)(gong)裝進(jin)行埋弧焊(han)焊(han)接(jie)外側基層，如(ru)圖(tu)5-27所示(shi)。830mm＋4mm 頂端的(de)錐(zhui)體(ti)環焊(han)縫采用了全焊(han)條電弧焊(han)的(de)工(gong)(gong)藝(yi)。
④. 殼體與堆焊接管的焊接
坡口的制(zhi)備如圖5-28a所示(shi)。大厚壁殼(ke)體(ti)與堆焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)管的基(ji)層焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)，由于(yu)剛度(du)大、拘束度(du)大，其預熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)應比殼(ke)體(ti)對(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)的預熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)要高(gao)，預熱溫(wen)(wen)(wen)度(du)應控制(zhi)在(zai)200℃以上。為(wei)了(le)減輕(qing)大厚堆焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)管在(zai)筒體(ti)上的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變形，在(zai)筒體(ti)內(nei)部安裝工裝支撐，同(tong)時從(cong)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)工藝、焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)順序方面加(jia)以控制(zhi)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)變形，采用細(xi)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)條、小電流(liu)、分段(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)、多層多道焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)等方法(fa)。為(wei)了(le)防(fang)止打底層焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫因收縮應力(li)過大而(er)引(yin)起焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫開(kai)裂(lie)，打底焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)層一(yi)般分為(wei)6～8段(duan)(duan)，后(hou)(hou)續(xu)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)道可以逐步(bu)減少分段(duan)(duan)數，可以降低焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)殘余應力(li)。基(ji)層焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)(hou)立即進(jin)行消氫(qing)處理(li)和保溫(wen)(wen)(wen)緩(huan)冷，冷卻至常溫(wen)(wen)(wen)后(hou)(hou)對(dui)基(ji)層焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫進(jin)行100％UT無損(sun)檢(jian)測(ce)。UT無損(sun)檢(jian)測(ce)合格后(hou)(hou)，再(zai)按(an)要求進(jin)行過渡(du)層的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)和熱處理(li)后(hou)(hou)進(jin)行復層的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)。
⑤. 殼(ke)體與(yu)不銹鋼接管的焊接
坡(po)口的(de)制(zhi)備如圖5-28b所示。采(cai)用對(dui)(dui)殼(ke)體開孔處的(de)基層(ceng)預先進(jin)行(xing)堆焊過(guo)渡層(ceng)的(de)工(gong)藝(yi)，焊接(jie)時采(cai)用短弧、小(xiao)電流、反極性、快速窄道焊和多層(ceng)多道焊的(de)焊接(jie)工(gong)藝(yi)，從而保(bao)證了焊接(jie)質量。嚴格控(kong)制(zhi)道間溫(wen)(wen)度，一般不要高于(yu)150℃。由(you)于(yu)此處的(de)剛度、拘(ju)束度和焊接(jie)應(ying)力都非常大，對(dui)(dui)不銹(xiu)鋼之(zhi)間的(de)焊接(jie)也采(cai)取了預熱100℃以(yi)上的(de)工(gong)藝(yi)。焊接(jie)后進(jin)行(xing)保(bao)溫(wen)(wen)緩冷，冷卻至常溫(wen)(wen)后對(dui)(dui)角焊縫進(jin)100％UT無損檢測。
4. 焊縫的返修要(yao)求
a. 表面(mian)缺陷的返(fan)修
缺(que)陷經修磨清(qing)除(chu)(chu)后，修磨處(chu)的厚(hou)度不應(ying)(ying)小于設計(ji)厚(hou)度，磨除(chu)(chu)厚(hou)度應(ying)(ying)小于容器名義厚(hou)度的2％且不大1mm，超(chao)出(chu)時(shi)應(ying)(ying)予(yu)補焊。缺(que)陷清(qing)除(chu)(chu)后，應(ying)(ying)進行外觀檢查(cha)，要(yao)求(qiu)表面(mian)(mian)光滑(hua)平整(zheng)、過(guo)渡平緩，表面(mian)(mian)需作無損檢測。
b. 局部(bu)缺陷的返修
在(zai)焊(han)縫缺(que)陷返(fan)修前應對返(fan)修周(zhou)圍進(jin)(jin)行預熱，預熱溫度(du)為100～150℃，并(bing)應用超(chao)聲波檢(jian)測儀測定(ding)缺(que)陷深(shen)度(du)，根據缺(que)陷深(shen)度(du)確定(ding)在(zai)哪一側返(fan)修，清除(chu)缺(que)陷時，應控制在(zai)鋼板厚度(du)的2/3以內（從返(fan)修側表(biao)面計算），若超(chao)過焊(han)縫深(shen)度(du)2/3仍殘留缺(que)陷時，應立即停止清除(chu)并(bing)進(jin)(jin)行補(bu)焊(han)，補(bu)焊(han)時應采用多層多道焊(han)，不需要擺動焊(han)。然(ran)后在(zai)其背(bei)面再次(ci)清除(chu)缺(que)陷，進(jin)(jin)行補(bu)焊(han)，補(bu)焊(han)長度(du)應＞80mm。
5. 焊(han)接不(bu)銹鋼復層時的(de)注意事項
a. 焊接(jie)前(qian)應(ying)在坡口兩側各(ge)100mm范圍內，涂(tu)刷“防(fang)飛濺劑”，以防(fang)止(zhi)飛濺沾(zhan)污復層(ceng)表面。
b. 焊(han)(han)接時采用小(xiao)熱(re)輸入、快速焊(han)(han)、短弧焊(han)(han)、不擺(bai)動、多(duo)道焊(han)(han)的方法。
c. 嚴格控制道間溫度，不(bu)超過工藝要求。
三、焊后熱處(chu)理工藝的制定
1. 封頭的正火(huo)處理工藝
封(feng)頭在熱成形后(hou)，為了(le)保證基層Q345R的(de)設計強度(du)，需要進行(xing)恢復(fu)力學性(xing)能的(de)正(zheng)火處理，Q345R的(de)正(zheng)火工藝要求溫度(du)控制在880～940℃。封(feng)頭經過(guo)正(zheng)火處理后(hou)，對(dui)同爐母材試板(ban)進行(xing)力學性(xing)能分析和(he)對(dui)復(fu)層進行(xing)晶間腐蝕(shi)試驗，結果都達到了(le)設計要求。
2. 筒片卷制后的熱(re)處理工藝
筒(tong)體壁(bi)厚大于圓筒(tong)內(nei)徑的3％時，應進行(xing)處理。筒(tong)體卷制成形后，進行(xing)了消(xiao)除卷制應力的熱處理，其(qi)熱處理溫度為（580±10）℃。
3. 設備的去應力熱處理工藝
不銹(xiu)鋼(gang)復(fu)合板的焊(han)后熱(re)處(chu)(chu)理，要避免復(fu)層(ceng)母材(cai)和(he)焊(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭中鉻碳化合物(wu)析出(chu)和(he)形(xing)成σ相(xiang)，采用較(jiao)(jiao)低(di)的熱(re)處(chu)(chu)理溫(wen)度，即(ji)（580±10）℃的退火工藝，保溫(wen)時間按(an)正(zheng)常所(suo)需時間進(jin)行(xing)保溫(wen)。由(you)于錐體的復(fu)層(ceng)若要在最后焊(han)接(jie)(jie)(jie)，其焊(han)接(jie)(jie)(jie)環境比較(jiao)(jiao)惡劣，所(suo)以把設備(bei)分為上下兩段(duan)進(jin)行(xing)整(zheng)體熱(re)處(chu)(chu)理，而(er)在錐體與筒體連(lian)接(jie)(jie)(jie)的第二節筒體上進(jin)行(xing)收口，焊(han)接(jie)(jie)(jie)完畢后，進(jin)行(xing)局部熱(re)處(chu)(chu)理。
四、防止復(fu)層損傷(shang)的幾(ji)項措施
1. 為了防止復合板的損(sun)傷(shang)，應對(dui)復層用粘(zhan)膠布進(jin)行(xing)保(bao)護(hu)；卷板時，對(dui)滾筒用麻繩或(huo)包不銹(xiu)鋼(gang)皮進(jin)行(xing)保(bao)護(hu)。
2. 起吊時用(yong)專(zhuan)用(yong)工裝卡(ka)具(ju)進行起吊。
3. 焊(han)工在(zai)筒體內(nei)進(jin)行焊(han)接時，必須穿布鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五、根據設(she)計圖樣的要(yao)求，焊縫檢測(ce)質(zhi)量應達到BI級(ji)
焊接完畢(bi)對設備縱、環焊縫進(jin)(jin)行100％的(de)y射線檢(jian)測(ce)，焊縫一次合格(ge)率達(da)到98％，未出現裂紋、未熔合等缺陷；對復層(ceng)進(jin)(jin)行100％PT無損檢(jian)測(ce)，結果(guo)達(da)到100％I級合格(ge)要(yao)求。對設備焊接試板進(jin)(jin)行了力學性能(neng)試驗，結果(guo)完全達(da)到設計要(yao)求。
洗滌(di)塔的成功制作，對(dui)(dui)設備制造廠家解決了大厚型(xing)不銹鋼復合板設備的焊接技術和制作積累了豐富(fu)的經驗，對(dui)(dui)今后同類大型(xing)設備的制作有很好的借鑒和指導(dao)意義。
