浙江至德鋼業(yè)有限公司承接某化工廠60萬(wàn)噸／年醋酸項(xiàng)目一期工程20萬(wàn)噸／年醋酸項(xiàng)目中的3臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備 一洗滌塔的制作。該設(shè)備的制造采用了不銹鋼復(fù)合板，其外形尺寸為Φ2988mm×（90＋4）mm×22124mm。設(shè)備總質(zhì)量為123t；塔體材質(zhì)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(shè)備焊后要求進(jìn)行整體熱處理。不銹鋼復(fù)合板洗滌塔的結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)表5-53。

一、不銹鋼復(fù)合板焊接性分析

  不銹鋼復(fù)合板焊接的最關(guān)鍵是過(guò)渡層的焊接，其屬于異種鋼的焊接，焊接時(shí)要兼顧基層和復(fù)層2種不同鋼材的性能。應(yīng)選用合適的填充材料，同時(shí)要嚴(yán)格控制焊接熱輸人，使碳鋼基層一側(cè)熔深較淺，以減少焊縫金屬的稀釋和基層合金化。

二、焊接工藝制定

 1. 坡口形式確定

   根據(jù)圖樣要求和工藝條件，縱縫、拼縫的坡口采用雙U形＋V形的坡口形式，如圖5-26a所示；環(huán)縫的坡口采用UV形的坡口形式，如圖5-26b所示。

   采用這兩種坡口形式的優(yōu)點(diǎn)為：

     ①. 縱縫、拼縫的基層采用雙U形坡口，可以提高效率，減少焊接變形，防止筒體產(chǎn)生內(nèi)棱角，避免焊縫內(nèi)部存在過(guò)大的焊接應(yīng)力；而環(huán)縫的基層采用UV形坡口，可以減少過(guò)渡層與復(fù)層的填充金屬量，以提高效率，同時(shí)也減少?gòu)?fù)層焊縫的多次受熱，以免熔合線附近產(chǎn)生晶間腐蝕。

     ②. 焊接過(guò)渡層時(shí)熔合比小，可降低焊縫金屬的稀釋率，以保證過(guò)渡層焊縫性能。

     ③. 能避免基層焊縫焊到復(fù)層上，以保證復(fù)層的耐蝕性。

 2. 焊接材料選擇

   為了保證焊縫質(zhì)量，焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫中有害雜質(zhì)元素S、P的含量和焊縫金屬的C含量，限制焊接熱輸入及高溫度停留時(shí)間。不銹鋼復(fù)合板洗滌塔的焊材選用情況見(jiàn)表 5-54 。

3. 焊接技術(shù)要求

   a. 焊接不銹鋼復(fù)合板洗滌塔所采用的焊接參數(shù)見(jiàn)表5-55。焊接基層時(shí)的消氫溫度為300～350℃／2h。

   b. 關(guān)鍵部件的焊接技術(shù)要求

    ①. 封頭拼接

      封頭拼接最為關(guān)鍵的是制訂焊接順序、成形工藝和熱處理工藝。為了保證基層Q345R的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，封頭在熱成形后要進(jìn)行恢復(fù)力學(xué)性能的正火處理；而不銹鋼的敏化溫度區(qū)間為500～800℃，若在此區(qū)間時(shí)間停留過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)導(dǎo)致復(fù)層晶界析出σ相，產(chǎn)生組織脆化，引起晶間腐蝕。為了保證復(fù)層的快速冷卻和基層的空冷，封頭熱壓成形后采用復(fù)層噴霧水的快冷工藝。為了保證過(guò)渡層和復(fù)層的焊縫質(zhì)量，在基層焊接完成后，進(jìn)行封頭的成形和正火處理。在母材試板合格后，進(jìn)行過(guò)渡層的焊接，復(fù)層的焊接在去應(yīng)力處理后進(jìn)行，確保設(shè)備的焊接質(zhì)量。封頭的拼接工藝評(píng)定力學(xué)性能見(jiàn)表5-56。

    ②. 筒體焊接

      筒體焊接時(shí)先進(jìn)行內(nèi)側(cè)基層的焊接，采用埋弧焊焊接時(shí)應(yīng)預(yù)留3～5mm不焊，再用焊條電弧焊填充，以免將埋弧焊的焊縫焊在復(fù)層上，焊接完畢后進(jìn)行消氫處理；再?gòu)耐鈧?cè)用碳弧氣刨進(jìn)行清根，用角磨機(jī)打磨掉滲碳層；對(duì)外側(cè)進(jìn)行基層的焊接，焊接完畢后進(jìn)行消氫處理；對(duì)基層焊縫進(jìn)行100％的RT無(wú)損檢測(cè)，RT合格后對(duì)復(fù)層側(cè)的基層焊縫余高進(jìn)行磨平，再對(duì)基層表面進(jìn)行100％PT無(wú)損檢測(cè)；再進(jìn)行過(guò)渡層的焊接，待熱處理后進(jìn)行復(fù)層的焊接。

    ③. 錐體的焊接 

      錐體由四節(jié)組成，其中兩節(jié)為8（錐體壁厚）100mm＋4mm，一節(jié)為860mm＋4mm，一節(jié)為830mm＋4mm。錐體的夾角為60°，錐體的坡口在立車上加工。其中8100mm＋4mm和860mm＋4mm的錐體環(huán)焊縫在專用的焊接輔助工裝進(jìn)行埋弧焊焊接外側(cè)基層，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端的錐體環(huán)焊縫采用了全焊條電弧焊的工藝。

    ④. 殼體與堆焊接管的焊接

      坡口的制備如圖5-28a所示。大厚壁殼體與堆焊接管的基層焊接，由于剛度大、拘束度大，其預(yù)熱溫度應(yīng)比殼體對(duì)接的預(yù)熱溫度要高，預(yù)熱溫度應(yīng)控制在200℃以上。為了減輕大厚堆焊接管在筒體上的焊接變形，在筒體內(nèi)部安裝工裝支撐，同時(shí)從焊接工藝、焊接順序方面加以控制焊接變形，采用細(xì)焊條、小電流、分段焊、多層多道焊等方法。為了防止打底層焊縫因收縮應(yīng)力過(guò)大而引起焊縫開(kāi)裂，打底焊層一般分為6～8段，后續(xù)焊道可以逐步減少分段數(shù)，可以降低焊接殘余應(yīng)力?；鶎雍负罅⒓催M(jìn)行消氫處理和保溫緩冷，冷卻至常溫后對(duì)基層焊縫進(jìn)行100％UT無(wú)損檢測(cè)。UT無(wú)損檢測(cè)合格后，再按要求進(jìn)行過(guò)渡層的焊接和熱處理后進(jìn)行復(fù)層的焊接。

    ⑤. 殼體與不銹鋼接管的焊接

      坡口的制備如圖5-28b所示。采用對(duì)殼體開(kāi)孔處的基層預(yù)先進(jìn)行堆焊過(guò)渡層的工藝，焊接時(shí)采用短弧、小電流、反極性、快速窄道焊和多層多道焊的焊接工藝，從而保證了焊接質(zhì)量。嚴(yán)格控制道間溫度，一般不要高于150℃。由于此處的剛度、拘束度和焊接應(yīng)力都非常大，對(duì)不銹鋼之間的焊接也采取了預(yù)熱100℃以上的工藝。焊接后進(jìn)行保溫緩冷，冷卻至常溫后對(duì)角焊縫進(jìn)100％UT無(wú)損檢測(cè)。

 4. 焊縫的返修要求

   a. 表面缺陷的返修

      缺陷經(jīng)修磨清除后，修磨處的厚度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)厚度，磨除厚度應(yīng)小于容器名義厚度的2％且不大1mm，超出時(shí)應(yīng)予補(bǔ)焊。缺陷清除后，應(yīng)進(jìn)行外觀檢查，要求表面光滑平整、過(guò)渡平緩，表面需作無(wú)損檢測(cè)。

   b. 局部缺陷的返修

      在焊縫缺陷返修前應(yīng)對(duì)返修周圍進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃，并應(yīng)用超聲波檢測(cè)儀測(cè)定缺陷深度，根據(jù)缺陷深度確定在哪一側(cè)返修，清除缺陷時(shí)，應(yīng)控制在鋼板厚度的2/3以內(nèi)（從返修側(cè)表面計(jì)算），若超過(guò)焊縫深度2/3仍殘留缺陷時(shí)，應(yīng)立即停止清除并進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)采用多層多道焊，不需要擺動(dòng)焊。然后在其背面再次清除缺陷，進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊長(zhǎng)度應(yīng)＞80mm。

 5. 焊接不銹鋼復(fù)層時(shí)的注意事項(xiàng)

  a. 焊接前應(yīng)在坡口兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)，涂刷“防飛濺劑”，以防止飛濺沾污復(fù)層表面。

  b. 焊接時(shí)采用小熱輸入、快速焊、短弧焊、不擺動(dòng)、多道焊的方法。

  c. 嚴(yán)格控制道間溫度，不超過(guò)工藝要求。

三、焊后熱處理工藝的制定

 1. 封頭的正火處理工藝 

    封頭在熱成形后，為了保證基層Q345R的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，需要進(jìn)行恢復(fù)力學(xué)性能的正火處理，Q345R的正火工藝要求溫度控制在880～940℃。封頭經(jīng)過(guò)正火處理后，對(duì)同爐母材試板進(jìn)行力學(xué)性能分析和對(duì)復(fù)層進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

 2. 筒片卷制后的熱處理工藝 

    筒體壁厚大于圓筒內(nèi)徑的3％時(shí)，應(yīng)進(jìn)行處理。筒體卷制成形后，進(jìn)行了消除卷制應(yīng)力的熱處理，其熱處理溫度為（580±10）℃。

 3. 設(shè)備的去應(yīng)力熱處理工藝 

    不銹鋼復(fù)合板的焊后熱處理，要避免復(fù)層母材和焊接接頭中鉻碳化合物析出和形成σ相，采用較低的熱處理溫度，即（580±10）℃的退火工藝，保溫時(shí)間按正常所需時(shí)間進(jìn)行保溫。由于錐體的復(fù)層若要在最后焊接，其焊接環(huán)境比較惡劣，所以把設(shè)備分為上下兩段進(jìn)行整體熱處理，而在錐體與筒體連接的第二節(jié)筒體上進(jìn)行收口，焊接完畢后，進(jìn)行局部熱處理。

四、防止復(fù)層損傷的幾項(xiàng)措施

 1. 為了防止復(fù)合板的損傷，應(yīng)對(duì)復(fù)層用粘膠布進(jìn)行保護(hù)；卷板時(shí)，對(duì)滾筒用麻繩或包不銹鋼皮進(jìn)行保護(hù)。

 2. 起吊時(shí)用專用工裝卡具進(jìn)行起吊。

 3. 焊工在筒體內(nèi)進(jìn)行焊接時(shí)，必須穿布鞋或膠鞋。

五、根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣的要求，焊縫檢測(cè)質(zhì)量應(yīng)達(dá)到BI級(jí)

  焊接完畢對(duì)設(shè)備縱、環(huán)焊縫進(jìn)行100％的y射線檢測(cè)，焊縫一次合格率達(dá)到98％，未出現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷；對(duì)復(fù)層進(jìn)行100％PT無(wú)損檢測(cè)，結(jié)果達(dá)到100％I級(jí)合格要求。對(duì)設(shè)備焊接試板進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

  洗滌塔的成功制作，對(duì)設(shè)備制造廠家解決了大厚型不銹鋼復(fù)合板設(shè)備的焊接技術(shù)和制作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后同類大型設(shè)備的制作有很好的借鑒和指導(dǎo)意義。