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、不銹鋼復合板焊接性分析
不銹鋼(gang)復合板焊接(jie)(jie)的(de)最(zui)關鍵是過渡層(ceng)的(de)焊接(jie)(jie)，其屬(shu)于異種鋼(gang)的(de)焊接(jie)(jie)，焊接(jie)(jie)時(shi)要(yao)兼顧基層(ceng)和復層(ceng)2種不同(tong)鋼(gang)材的(de)性能(neng)。應(ying)選用合適(shi)的(de)填充材料，同(tong)時(shi)要(yao)嚴格(ge)控制焊接(jie)(jie)熱輸人，使碳(tan)鋼(gang)基層(ceng)一側熔深較淺，以減少焊縫金(jin)屬(shu)的(de)稀釋(shi)和基層(ceng)合金(jin)化。
二、焊接工藝制(zhi)定
1. 坡(po)口(kou)形式確定
根據圖(tu)樣要求和工藝條件，縱縫、拼縫的(de)坡(po)口采(cai)(cai)用雙U形＋V形的(de)坡(po)口形式，如圖(tu)5-26a所示；環縫的(de)坡(po)口采(cai)(cai)用UV形的(de)坡(po)口形式，如圖(tu)5-26b所示。
采用這(zhe)兩(liang)種坡(po)口形式的(de)優點為：
①. 縱縫、拼縫的(de)(de)(de)基層采用雙U形坡(po)口，可以(yi)提(ti)高效率，減(jian)少(shao)(shao)焊接變形，防止筒體產生(sheng)內(nei)棱角，避免焊縫內(nei)部(bu)存在過大的(de)(de)(de)焊接應力；而環縫的(de)(de)(de)基層采用UV形坡(po)口，可以(yi)減(jian)少(shao)(shao)過渡層與復層的(de)(de)(de)填(tian)充金屬量，以(yi)提(ti)高效率，同時也減(jian)少(shao)(shao)復層焊縫的(de)(de)(de)多次受熱，以(yi)免熔合線附近產生(sheng)晶間腐(fu)蝕。
②. 焊接過渡層時熔合比小，可降低焊縫(feng)金屬的稀釋(shi)率，以保(bao)證過渡層焊縫(feng)性能(neng)。
③. 能避(bi)免(mian)基層焊縫焊到(dao)復層上，以保證復層的耐蝕性。
2. 焊接(jie)材料(liao)選擇
為了(le)保證焊(han)縫(feng)(feng)質量(liang)，焊(han)接(jie)時應嚴格控(kong)制焊(han)縫(feng)(feng)中有(you)害雜質元素(su)S、P的含量(liang)和焊(han)縫(feng)(feng)金屬的C含量(liang)，限(xian)制焊(han)接(jie)熱輸入及(ji)高溫度停留時間。不銹鋼復(fu)合板洗(xi)滌塔(ta)的焊(han)材選用情況見表(biao) 5-54 。
3. 焊接技術(shu)要求
a. 焊(han)接(jie)不銹鋼復合板洗滌塔所采用的焊(han)接(jie)參數(shu)見表5-55。焊(han)接(jie)基層(ceng)時的消氫溫(wen)度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部件的焊接技術要(yao)求
①. 封(feng)頭拼接
封頭拼接(jie)(jie)最(zui)為(wei)關鍵(jian)的(de)是(shi)制訂焊(han)接(jie)(jie)順序、成(cheng)(cheng)形工(gong)藝(yi)和(he)熱處(chu)理工(gong)藝(yi)。為(wei)了(le)保(bao)(bao)證基層(ceng)(ceng)Q345R的(de)設計(ji)強度(du)，封頭在(zai)熱成(cheng)(cheng)形后(hou)要進行恢(hui)復力學(xue)性能的(de)正火處(chu)理；而不銹鋼(gang)的(de)敏(min)化溫度(du)區間(jian)為(wei)500～800℃，若在(zai)此區間(jian)時間(jian)停留過長，則會(hui)導(dao)致(zhi)復層(ceng)(ceng)晶界析出σ相，產生組織脆(cui)化，引(yin)起(qi)晶間(jian)腐蝕(shi)。為(wei)了(le)保(bao)(bao)證復層(ceng)(ceng)的(de)快速冷(leng)卻和(he)基層(ceng)(ceng)的(de)空(kong)冷(leng)，封頭熱壓成(cheng)(cheng)形后(hou)采用復層(ceng)(ceng)噴霧水的(de)快冷(leng)工(gong)藝(yi)。為(wei)了(le)保(bao)(bao)證過渡(du)層(ceng)(ceng)和(he)復層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)縫質(zhi)量(liang)，在(zai)基層(ceng)(ceng)焊(han)接(jie)(jie)完(wan)成(cheng)(cheng)后(hou)，進行封頭的(de)成(cheng)(cheng)形和(he)正火處(chu)理。在(zai)母材試板合格后(hou)，進行過渡(du)層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接(jie)(jie)，復層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接(jie)(jie)在(zai)去應力處(chu)理后(hou)進行，確保(bao)(bao)設備的(de)焊(han)接(jie)(jie)質(zhi)量(liang)。封頭的(de)拼接(jie)(jie)工(gong)藝(yi)評(ping)定力學(xue)性能見(jian)表5-56。
②. 筒體(ti)焊接
筒體(ti)焊(han)(han)接(jie)時先進(jin)(jin)行(xing)內側基(ji)層的焊(han)(han)接(jie)，采(cai)用(yong)(yong)埋(mai)弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)時應預留3～5mm不焊(han)(han)，再用(yong)(yong)焊(han)(han)條電弧焊(han)(han)填(tian)充，以免將埋(mai)弧焊(han)(han)的焊(han)(han)縫(feng)(feng)焊(han)(han)在復層上，焊(han)(han)接(jie)完(wan)畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)消氫處(chu)理；再從外側用(yong)(yong)碳弧氣刨進(jin)(jin)行(xing)清根，用(yong)(yong)角磨(mo)(mo)機打(da)磨(mo)(mo)掉滲(shen)碳層；對(dui)外側進(jin)(jin)行(xing)基(ji)層的焊(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)接(jie)完(wan)畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)消氫處(chu)理；對(dui)基(ji)層焊(han)(han)縫(feng)(feng)進(jin)(jin)行(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)縫(feng)(feng)余高進(jin)(jin)行(xing)磨(mo)(mo)平，再對(dui)基(ji)層表面進(jin)(jin)行(xing)100％PT無損檢測；再進(jin)(jin)行(xing)過(guo)渡層的焊(han)(han)接(jie)，待熱處(chu)理后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)復層的焊(han)(han)接(jie)。
③. 錐體(ti)的焊接
錐體由四(si)節(jie)組成，其中兩(liang)節(jie)為8（錐體壁厚）100mm＋4mm，一節(jie)為860mm＋4mm，一節(jie)為830mm＋4mm。錐體的(de)(de)夾角為60°，錐體的(de)(de)坡口在立(li)車上加工(gong)。其中8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)(de)錐體環焊(han)(han)(han)縫(feng)在專用(yong)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接輔助工(gong)裝進行埋弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接外側基(ji)層，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端的(de)(de)錐體環焊(han)(han)(han)縫(feng)采用(yong)了全焊(han)(han)(han)條電(dian)弧焊(han)(han)(han)的(de)(de)工(gong)藝。
④. 殼體與堆焊接管的焊接
坡口的(de)制備如圖5-28a所示。大(da)(da)厚壁殼體與(yu)堆焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接管的(de)基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接，由(you)于剛度(du)(du)大(da)(da)、拘束(shu)度(du)(du)大(da)(da)，其預(yu)熱(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)(ying)比殼體對接的(de)預(yu)熱(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)要高，預(yu)熱(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)應(ying)(ying)控(kong)制在200℃以上(shang)。為(wei)了減輕大(da)(da)厚堆焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接管在筒(tong)體上(shang)的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接變(bian)形(xing)，在筒(tong)體內部安裝工裝支撐，同時從焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接工藝(yi)、焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接順(shun)序方面加以控(kong)制焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接變(bian)形(xing)，采用細焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)條、小(xiao)電流、分(fen)段焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)、多層(ceng)多道焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)等方法。為(wei)了防止(zhi)打(da)底層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)因收縮(suo)應(ying)(ying)力(li)過大(da)(da)而引(yin)起焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)開裂，打(da)底焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)層(ceng)一般分(fen)為(wei)6～8段，后續焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)道可以逐步(bu)減少分(fen)段數(shu)，可以降低焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)。基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后立即進(jin)(jin)行(xing)消氫(qing)處(chu)理和(he)保溫(wen)(wen)(wen)緩冷，冷卻至常(chang)溫(wen)(wen)(wen)后對基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫(feng)進(jin)(jin)行(xing)100％UT無損檢測(ce)。UT無損檢測(ce)合格(ge)后，再按(an)要求進(jin)(jin)行(xing)過渡層(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接和(he)熱(re)處(chu)理后進(jin)(jin)行(xing)復層(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接。
⑤. 殼體與不銹鋼接管的焊(han)接
坡口的(de)(de)(de)制備(bei)如圖5-28b所示。采(cai)用對殼體開孔處(chu)的(de)(de)(de)基層(ceng)預(yu)先進行(xing)堆焊(han)(han)過渡層(ceng)的(de)(de)(de)工藝(yi)，焊(han)(han)接時采(cai)用短弧、小電流、反極性、快(kuai)速窄道焊(han)(han)和(he)多層(ceng)多道焊(han)(han)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接工藝(yi)，從而(er)保證了焊(han)(han)接質(zhi)量。嚴格控(kong)制道間溫度(du)，一般(ban)不(bu)要高于(yu)150℃。由于(yu)此處(chu)的(de)(de)(de)剛度(du)、拘束度(du)和(he)焊(han)(han)接應(ying)力(li)都非常大(da)，對不(bu)銹鋼之間的(de)(de)(de)焊(han)(han)接也采(cai)取了預(yu)熱100℃以(yi)上的(de)(de)(de)工藝(yi)。焊(han)(han)接后進行(xing)保溫緩冷，冷卻至常溫后對角焊(han)(han)縫進100％UT無(wu)損檢測(ce)。
4. 焊縫的返(fan)修要(yao)求
a. 表面缺(que)陷的返修
缺陷(xian)經修磨清除后，修磨處的(de)厚(hou)度不應(ying)小(xiao)于(yu)(yu)設計厚(hou)度，磨除厚(hou)度應(ying)小(xiao)于(yu)(yu)容器名義厚(hou)度的(de)2％且不大1mm，超(chao)出時應(ying)予補焊。缺陷(xian)清除后，應(ying)進行外觀檢查(cha)，要求(qiu)表(biao)面光(guang)滑平整、過渡(du)平緩，表(biao)面需作無(wu)損檢測。
b. 局部缺陷(xian)的返修
在(zai)焊(han)(han)(han)縫(feng)缺(que)陷返修前應對(dui)返修周(zhou)圍(wei)進行(xing)預(yu)熱(re)，預(yu)熱(re)溫度(du)為100～150℃，并應用(yong)超聲波檢測儀測定缺(que)陷深度(du)，根(gen)據缺(que)陷深度(du)確定在(zai)哪一側返修，清(qing)除缺(que)陷時(shi)，應控制在(zai)鋼(gang)板厚度(du)的2/3以內（從返修側表(biao)面計算(suan)），若超過焊(han)(han)(han)縫(feng)深度(du)2/3仍殘留(liu)缺(que)陷時(shi)，應立即停止清(qing)除并進行(xing)補焊(han)(han)(han)，補焊(han)(han)(han)時(shi)應采用(yong)多(duo)層多(duo)道焊(han)(han)(han)，不需要擺動焊(han)(han)(han)。然(ran)后在(zai)其背(bei)面再次(ci)清(qing)除缺(que)陷，進行(xing)補焊(han)(han)(han)，補焊(han)(han)(han)長(chang)度(du)應＞80mm。
5. 焊接(jie)不銹(xiu)鋼復層時的(de)注意事項
a. 焊接前應(ying)在坡口兩(liang)側各100mm范圍內，涂刷“防(fang)飛濺劑”，以防(fang)止飛濺沾污復(fu)層表面。
b. 焊(han)接時采用小(xiao)熱輸入、快速焊(han)、短(duan)弧焊(han)、不(bu)擺動、多道(dao)焊(han)的(de)方法。
c. 嚴格控(kong)制道間溫度，不超(chao)過工藝要求。
三、焊后熱處(chu)理工藝的(de)制定
1. 封頭(tou)的正火處理工藝(yi)
封(feng)頭在(zai)熱(re)成形后，為(wei)了(le)(le)保證基層Q345R的(de)設(she)計(ji)強度，需要(yao)進行(xing)恢(hui)復力(li)學(xue)性能(neng)的(de)正(zheng)火處理(li)，Q345R的(de)正(zheng)火工藝要(yao)求溫(wen)度控制(zhi)在(zai)880～940℃。封(feng)頭經過正(zheng)火處理(li)后，對同(tong)爐母材(cai)試板(ban)進行(xing)力(li)學(xue)性能(neng)分析和對復層進行(xing)晶間腐蝕試驗，結果都達到了(le)(le)設(she)計(ji)要(yao)求。
2. 筒片卷制后(hou)的熱處(chu)理工藝
筒體(ti)壁厚大于圓筒內徑的(de)3％時，應(ying)進(jin)(jin)行(xing)處理(li)。筒體(ti)卷制(zhi)成(cheng)形后(hou)，進(jin)(jin)行(xing)了消除卷制(zhi)應(ying)力的(de)熱處理(li)，其熱處理(li)溫度為(wei)（580±10）℃。
3. 設備的去應(ying)力熱處理工藝
不銹鋼復合板的焊(han)(han)后熱(re)處理，要避免(mian)復層母(mu)材和焊(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)中鉻(ge)碳化合物(wu)析(xi)出和形成σ相，采用較低的熱(re)處理溫度，即（580±10）℃的退火工藝，保溫時間(jian)按(an)正常(chang)所(suo)需時間(jian)進(jin)行保溫。由于(yu)錐體的復層若要在最后焊(han)(han)接(jie)(jie)，其(qi)焊(han)(han)接(jie)(jie)環境比較惡劣，所(suo)以把設備(bei)分(fen)為上下(xia)兩段(duan)進(jin)行整(zheng)體熱(re)處理，而在錐體與筒體連接(jie)(jie)的第二節筒體上進(jin)行收口，焊(han)(han)接(jie)(jie)完(wan)畢(bi)后，進(jin)行局部熱(re)處理。
四、防(fang)止(zhi)復層損傷(shang)的幾項措(cuo)施
1. 為了防止復(fu)合板的(de)損(sun)傷，應對復(fu)層用粘膠布進行保(bao)護(hu)；卷板時，對滾筒用麻繩(sheng)或(huo)包不銹鋼皮(pi)進行保(bao)護(hu)。
2. 起吊時用(yong)專用(yong)工裝(zhuang)卡具進行起吊。
3. 焊工在筒體內(nei)進行焊接時，必須(xu)穿布鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五、根據設計圖樣(yang)的要(yao)求，焊縫檢測(ce)質量應達到BI級
焊接完(wan)畢對設(she)備縱(zong)、環焊縫(feng)進(jin)(jin)行100％的y射線(xian)檢測，焊縫(feng)一次合(he)(he)格率(lv)達到98％，未出現裂(lie)紋、未熔(rong)合(he)(he)等缺陷；對復層進(jin)(jin)行100％PT無損(sun)檢測，結果(guo)達到100％I級(ji)合(he)(he)格要求(qiu)。對設(she)備焊接試板進(jin)(jin)行了力學性能(neng)試驗，結果(guo)完(wan)全達到設(she)計要求(qiu)。
洗滌塔的成(cheng)功制(zhi)作(zuo)(zuo)，對(dui)(dui)設(she)備(bei)(bei)制(zhi)造廠家解決了大(da)(da)厚型不銹鋼復合板設(she)備(bei)(bei)的焊接(jie)技術和制(zhi)作(zuo)(zuo)積累了豐富的經驗，對(dui)(dui)今后同類大(da)(da)型設(she)備(bei)(bei)的制(zhi)作(zuo)(zuo)有很好的借鑒和指導意義(yi)。
