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(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(gang)復合板焊接性(xing)分析
不銹鋼(gang)復(fu)合(he)板焊接(jie)的(de)(de)最關鍵是過渡層(ceng)(ceng)的(de)(de)焊接(jie)，其(qi)屬于異種鋼(gang)的(de)(de)焊接(jie)，焊接(jie)時要兼顧基(ji)層(ceng)(ceng)和(he)復(fu)層(ceng)(ceng)2種不同鋼(gang)材的(de)(de)性(xing)能。應選用合(he)適的(de)(de)填充材料，同時要嚴格控制(zhi)焊接(jie)熱輸人，使(shi)碳鋼(gang)基(ji)層(ceng)(ceng)一側熔深較淺(qian)，以減少焊縫金(jin)屬的(de)(de)稀釋和(he)基(ji)層(ceng)(ceng)合(he)金(jin)化。
二、焊接(jie)工(gong)藝制定
1. 坡(po)口形式確定
根據(ju)圖樣要求和(he)工藝條件(jian)，縱(zong)縫(feng)、拼(pin)縫(feng)的(de)(de)坡(po)口(kou)采用雙U形(xing)(xing)＋V形(xing)(xing)的(de)(de)坡(po)口(kou)形(xing)(xing)式，如圖5-26a所示(shi)；環縫(feng)的(de)(de)坡(po)口(kou)采用UV形(xing)(xing)的(de)(de)坡(po)口(kou)形(xing)(xing)式，如圖5-26b所示(shi)。
采用這(zhe)兩種坡口(kou)形式(shi)的(de)優點為：
①. 縱縫(feng)(feng)、拼(pin)縫(feng)(feng)的基層(ceng)采(cai)用雙U形坡口(kou)，可(ke)以(yi)(yi)(yi)提高(gao)效率，減(jian)(jian)(jian)少焊(han)接(jie)變形，防(fang)止(zhi)筒體(ti)產生(sheng)內棱(leng)角，避免(mian)焊(han)縫(feng)(feng)內部存在過(guo)大(da)的焊(han)接(jie)應(ying)力(li)；而環縫(feng)(feng)的基層(ceng)采(cai)用UV形坡口(kou)，可(ke)以(yi)(yi)(yi)減(jian)(jian)(jian)少過(guo)渡層(ceng)與復層(ceng)的填充金屬(shu)量，以(yi)(yi)(yi)提高(gao)效率，同(tong)時也減(jian)(jian)(jian)少復層(ceng)焊(han)縫(feng)(feng)的多次受(shou)熱(re)，以(yi)(yi)(yi)免(mian)熔合線附(fu)近(jin)產生(sheng)晶間腐(fu)蝕。
②. 焊接過渡(du)層時熔合比小，可(ke)降低焊縫金屬(shu)的稀釋率，以保(bao)證(zheng)過渡(du)層焊縫性能。
③. 能避免基層焊縫焊到復(fu)層上，以保證復(fu)層的耐蝕(shi)性。
2. 焊接(jie)材料選擇
為了保證(zheng)焊(han)(han)(han)縫質量，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)時應嚴格控制焊(han)(han)(han)縫中(zhong)有害雜質元素S、P的含(han)量和焊(han)(han)(han)縫金屬(shu)的C含(han)量，限制焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)熱輸入及高溫度(du)停留時間。不銹鋼復(fu)合板洗滌塔的焊(han)(han)(han)材選用情況見表 5-54 。
3. 焊接(jie)技術要求
a. 焊接不銹鋼復合板洗滌塔所采用的焊接參數見表5-55。焊接基層時的消(xiao)氫溫度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部(bu)件的(de)焊(han)接技術(shu)要(yao)求
①. 封頭拼接
封(feng)頭(tou)(tou)拼接(jie)最為(wei)關鍵的(de)(de)(de)是(shi)制訂焊(han)接(jie)順序、成(cheng)形(xing)(xing)工藝(yi)和熱(re)處理(li)(li)工藝(yi)。為(wei)了(le)保證(zheng)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)Q345R的(de)(de)(de)設計強度，封(feng)頭(tou)(tou)在(zai)(zai)熱(re)成(cheng)形(xing)(xing)后要(yao)進(jin)行恢復(fu)(fu)(fu)力(li)學性(xing)(xing)能的(de)(de)(de)正火處理(li)(li)；而不銹鋼的(de)(de)(de)敏化溫度區間為(wei)500～800℃，若在(zai)(zai)此區間時(shi)間停留過長(chang)，則會導致(zhi)復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)晶界析出σ相，產生組織脆化，引(yin)起晶間腐(fu)蝕(shi)。為(wei)了(le)保證(zheng)復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)快速冷卻(que)和基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)空冷，封(feng)頭(tou)(tou)熱(re)壓成(cheng)形(xing)(xing)后采用復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)噴霧水的(de)(de)(de)快冷工藝(yi)。為(wei)了(le)保證(zheng)過渡層(ceng)(ceng)(ceng)和復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)焊(han)縫質量，在(zai)(zai)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)接(jie)完(wan)成(cheng)后，進(jin)行封(feng)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)成(cheng)形(xing)(xing)和正火處理(li)(li)。在(zai)(zai)母(mu)材(cai)試板合格后，進(jin)行過渡層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)，復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)在(zai)(zai)去應(ying)力(li)處理(li)(li)后進(jin)行，確保設備(bei)的(de)(de)(de)焊(han)接(jie)質量。封(feng)頭(tou)(tou)的(de)(de)(de)拼接(jie)工藝(yi)評定(ding)力(li)學性(xing)(xing)能見表5-56。
②. 筒體焊接(jie)
筒(tong)體焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時先(xian)進行(xing)(xing)(xing)內側(ce)(ce)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，采(cai)用埋弧焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時應預留3～5mm不焊(han)(han)(han)(han)，再用焊(han)(han)(han)(han)條電弧焊(han)(han)(han)(han)填(tian)充(chong)，以免(mian)將埋弧焊(han)(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)焊(han)(han)(han)(han)在復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)上，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)完(wan)畢后進行(xing)(xing)(xing)消氫(qing)處理(li)；再從外(wai)側(ce)(ce)用碳弧氣刨進行(xing)(xing)(xing)清(qing)根，用角磨機打磨掉滲(shen)碳層(ceng)(ceng)；對(dui)外(wai)側(ce)(ce)進行(xing)(xing)(xing)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)完(wan)畢后進行(xing)(xing)(xing)消氫(qing)處理(li)；對(dui)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)進行(xing)(xing)(xing)100％的(de)RT無(wu)損(sun)檢測(ce)，RT合格后對(dui)復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)側(ce)(ce)的(de)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)(feng)余高進行(xing)(xing)(xing)磨平，再對(dui)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)表面(mian)進行(xing)(xing)(xing)100％PT無(wu)損(sun)檢測(ce)；再進行(xing)(xing)(xing)過渡層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)，待熱處理(li)后進行(xing)(xing)(xing)復(fu)(fu)層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)。
③. 錐體的(de)焊(han)接(jie)
錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)(ti)由四節(jie)組(zu)成，其中兩節(jie)為8（錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)(ti)壁厚）100mm＋4mm，一節(jie)為860mm＋4mm，一節(jie)為830mm＋4mm。錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)夾角為60°，錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)坡口(kou)在立車上加工(gong)。其中8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)(de)(de)錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)(ti)環(huan)(huan)焊縫在專用(yong)的(de)(de)(de)焊接輔助工(gong)裝進行埋弧焊焊接外(wai)側基層，如圖5-27所(suo)示。830mm＋4mm 頂端的(de)(de)(de)錐(zhui)體(ti)(ti)(ti)(ti)環(huan)(huan)焊縫采用(yong)了全焊條電弧焊的(de)(de)(de)工(gong)藝。
④. 殼體(ti)與堆焊接管(guan)的焊接
坡(po)口的制(zhi)(zhi)備(bei)如圖5-28a所示。大(da)厚壁殼體(ti)與(yu)堆焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)管的基層焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，由于剛度(du)大(da)、拘束度(du)大(da)，其(qi)預熱(re)(re)溫(wen)度(du)應比殼體(ti)對接(jie)(jie)的預熱(re)(re)溫(wen)度(du)要高，預熱(re)(re)溫(wen)度(du)應控制(zhi)(zhi)在(zai)200℃以上(shang)。為了減輕大(da)厚堆焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)管在(zai)筒(tong)體(ti)上(shang)的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形，在(zai)筒(tong)體(ti)內部安裝(zhuang)(zhuang)工(gong)裝(zhuang)(zhuang)支撐，同時(shi)從焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工(gong)藝、焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)順序方(fang)面加以控制(zhi)(zhi)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形，采用細焊(han)(han)(han)(han)條、小電流、分(fen)段焊(han)(han)(han)(han)、多層多道焊(han)(han)(han)(han)等方(fang)法。為了防止打底層焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)因(yin)收縮應力過(guo)大(da)而(er)引起焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)開裂，打底焊(han)(han)(han)(han)層一(yi)般分(fen)為6～8段，后續焊(han)(han)(han)(han)道可以逐(zhu)步減少(shao)分(fen)段數，可以降低焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)殘余應力。基層焊(han)(han)(han)(han)后立即進(jin)行(xing)消氫處理和保溫(wen)緩冷，冷卻(que)至常溫(wen)后對基層焊(han)(han)(han)(han)縫(feng)進(jin)行(xing)100％UT無損(sun)(sun)檢(jian)測。UT無損(sun)(sun)檢(jian)測合(he)格后，再按(an)要求(qiu)進(jin)行(xing)過(guo)渡層的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)和熱(re)(re)處理后進(jin)行(xing)復層的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
⑤. 殼體與不銹(xiu)鋼接管的(de)焊接
坡口(kou)的制(zhi)備如(ru)圖(tu)5-28b所(suo)示。采用對殼體開孔處的基層預先進(jin)行堆焊(han)過(guo)渡層的工(gong)藝(yi)，焊(han)接(jie)時(shi)采用短(duan)弧、小(xiao)電流、反(fan)極性、快速窄道焊(han)和(he)多層多道焊(han)的焊(han)接(jie)工(gong)藝(yi)，從而保證了(le)焊(han)接(jie)質量。嚴格控制(zhi)道間溫(wen)(wen)度，一(yi)般(ban)不(bu)要高于(yu)150℃。由于(yu)此(ci)處的剛(gang)度、拘束度和(he)焊(han)接(jie)應(ying)力都非(fei)常(chang)(chang)大，對不(bu)銹鋼之間的焊(han)接(jie)也采取了(le)預熱(re)100℃以上的工(gong)藝(yi)。焊(han)接(jie)后(hou)進(jin)行保溫(wen)(wen)緩冷，冷卻至(zhi)常(chang)(chang)溫(wen)(wen)后(hou)對角焊(han)縫進(jin)100％UT無損檢(jian)測。
4. 焊縫的返修要求
a. 表面缺(que)陷的返修
缺(que)陷(xian)經修磨(mo)清(qing)除后(hou)(hou)，修磨(mo)處(chu)的(de)厚(hou)(hou)度不應小于(yu)設(she)計厚(hou)(hou)度，磨(mo)除厚(hou)(hou)度應小于(yu)容器名義厚(hou)(hou)度的(de)2％且不大1mm，超(chao)出時應予補焊。缺(que)陷(xian)清(qing)除后(hou)(hou)，應進(jin)行(xing)外(wai)觀檢(jian)查，要求表面光滑(hua)平(ping)整(zheng)、過渡(du)平(ping)緩，表面需作無損檢(jian)測。
b. 局部缺陷的返(fan)修
在焊(han)縫(feng)缺(que)(que)(que)(que)陷返修前應(ying)對返修周圍進行預(yu)熱，預(yu)熱溫度(du)(du)為(wei)100～150℃，并(bing)應(ying)用超(chao)聲波檢測儀測定缺(que)(que)(que)(que)陷深度(du)(du)，根據缺(que)(que)(que)(que)陷深度(du)(du)確(que)定在哪一側返修，清(qing)(qing)除(chu)缺(que)(que)(que)(que)陷時(shi)，應(ying)控制(zhi)在鋼(gang)板厚(hou)度(du)(du)的2/3以內（從(cong)返修側表面計算），若超(chao)過(guo)焊(han)縫(feng)深度(du)(du)2/3仍殘留缺(que)(que)(que)(que)陷時(shi)，應(ying)立即停止(zhi)清(qing)(qing)除(chu)并(bing)進行補(bu)焊(han)，補(bu)焊(han)時(shi)應(ying)采用多層多道焊(han)，不(bu)需要(yao)擺動焊(han)。然后在其背(bei)面再(zai)次清(qing)(qing)除(chu)缺(que)(que)(que)(que)陷，進行補(bu)焊(han)，補(bu)焊(han)長度(du)(du)應(ying)＞80mm。
5. 焊接(jie)不銹鋼復層時的注(zhu)意(yi)事項
a. 焊(han)接前應在(zai)坡口兩側各100mm范圍(wei)內，涂刷“防飛濺(jian)(jian)劑”，以防止飛濺(jian)(jian)沾污復層表面。
b. 焊(han)接時采用(yong)小熱輸(shu)入、快速(su)焊(han)、短(duan)弧焊(han)、不擺動(dong)、多道(dao)焊(han)的方法(fa)。
c. 嚴格控制道間(jian)溫度(du)，不(bu)超過工藝要求。
三、焊后熱(re)處(chu)理工藝的制定
1. 封頭的正火(huo)處理工藝
封頭在(zai)熱成形后，為了保(bao)證(zheng)基(ji)層Q345R的設(she)計強度(du)，需要進(jin)行(xing)恢復力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)的正(zheng)火(huo)處(chu)理，Q345R的正(zheng)火(huo)工(gong)藝(yi)要求溫度(du)控(kong)制在(zai)880～940℃。封頭經(jing)過正(zheng)火(huo)處(chu)理后，對同爐母材試板進(jin)行(xing)力學(xue)性(xing)(xing)能(neng)分析和對復層進(jin)行(xing)晶間腐蝕試驗，結(jie)果都達到了設(she)計要求。
2. 筒片卷制后的熱處(chu)理工藝(yi)
筒(tong)體壁厚大(da)于(yu)圓筒(tong)內徑的3％時，應(ying)進行(xing)處理(li)。筒(tong)體卷(juan)制成形后(hou)，進行(xing)了消除卷(juan)制應(ying)力的熱處理(li)，其(qi)熱處理(li)溫度為（580±10）℃。
3. 設備的去(qu)應(ying)力熱處理工藝
不銹鋼(gang)復合(he)板的焊(han)(han)(han)后(hou)熱(re)處(chu)理，要避免(mian)復層母材和(he)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭中鉻碳化合(he)物析(xi)出和(he)形成(cheng)σ相，采用(yong)較低(di)的熱(re)處(chu)理溫(wen)度(du)，即（580±10）℃的退火(huo)工藝，保(bao)溫(wen)時間(jian)按正常所(suo)需(xu)時間(jian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)保(bao)溫(wen)。由(you)于錐(zhui)體的復層若要在最后(hou)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)，其(qi)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)環境比較惡劣，所(suo)以把設備(bei)分(fen)為(wei)上下兩段(duan)進(jin)(jin)行(xing)(xing)整體熱(re)處(chu)理，而在錐(zhui)體與筒(tong)體連接(jie)(jie)的第二節筒(tong)體上進(jin)(jin)行(xing)(xing)收口，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)完畢后(hou)，進(jin)(jin)行(xing)(xing)局(ju)部熱(re)處(chu)理。
四、防(fang)止復層損(sun)傷的幾(ji)項(xiang)措施
1. 為了防止(zhi)復(fu)合板的損傷，應對(dui)復(fu)層(ceng)用粘膠布進行(xing)保(bao)(bao)護(hu)；卷板時，對(dui)滾筒用麻繩或(huo)包(bao)不銹鋼(gang)皮進行(xing)保(bao)(bao)護(hu)。
2. 起吊(diao)時用專用工裝卡具(ju)進行起吊(diao)。
3. 焊工在(zai)筒體內進行焊接時(shi)，必(bi)須穿布(bu)鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五、根據設計圖(tu)樣的要求，焊縫檢測質量應達到BI級
焊接完畢(bi)對(dui)設備縱、環(huan)焊縫進行100％的y射線檢(jian)測，焊縫一次合(he)(he)格(ge)(ge)率達(da)到98％，未出現裂紋、未熔合(he)(he)等缺(que)陷；對(dui)復層進行100％PT無損檢(jian)測，結果達(da)到100％I級合(he)(he)格(ge)(ge)要(yao)求。對(dui)設備焊接試板進行了力學性能(neng)試驗，結果完全達(da)到設計要(yao)求。
洗滌塔的成功制(zhi)作，對設(she)備制(zhi)造廠家解(jie)決了大(da)(da)厚型不銹鋼(gang)復合板設(she)備的焊(han)接技術(shu)和(he)制(zhi)作積累了豐(feng)富的經驗，對今后(hou)同類大(da)(da)型設(she)備的制(zhi)作有很好(hao)的借(jie)鑒和(he)指導意義。
