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(xiu)鋼(gang)復合板洗滌塔的結構參數見表5-53。
一(yi)、不銹鋼(gang)復合(he)板焊接性分析
不(bu)銹鋼(gang)(gang)復(fu)合(he)板焊(han)(han)接(jie)的(de)(de)最關鍵(jian)是過渡層的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)，其屬(shu)于異種(zhong)鋼(gang)(gang)的(de)(de)焊(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)接(jie)時(shi)要兼顧基(ji)層和復(fu)層2種(zhong)不(bu)同鋼(gang)(gang)材的(de)(de)性能(neng)。應選用合(he)適的(de)(de)填充材料，同時(shi)要嚴(yan)格控制焊(han)(han)接(jie)熱輸人(ren)，使(shi)碳鋼(gang)(gang)基(ji)層一(yi)側熔深較淺，以減少焊(han)(han)縫金(jin)屬(shu)的(de)(de)稀(xi)釋和基(ji)層合(he)金(jin)化(hua)。
二(er)、焊接工藝(yi)制定(ding)
1. 坡(po)口(kou)形式確定
根據圖(tu)樣(yang)要求(qiu)和工藝條件，縱縫(feng)、拼縫(feng)的(de)坡(po)(po)口(kou)采用(yong)雙U形(xing)(xing)＋V形(xing)(xing)的(de)坡(po)(po)口(kou)形(xing)(xing)式，如圖(tu)5-26a所示；環縫(feng)的(de)坡(po)(po)口(kou)采用(yong)UV形(xing)(xing)的(de)坡(po)(po)口(kou)形(xing)(xing)式，如圖(tu)5-26b所示。
采用這(zhe)兩種坡口形式的(de)優點為：
①. 縱縫、拼縫的(de)基(ji)層采(cai)(cai)用雙U形坡口(kou)，可(ke)以(yi)提高(gao)效率(lv)，減少焊接變形，防止筒體產生內棱角，避免焊縫內部存在過大的(de)焊接應(ying)力；而環(huan)縫的(de)基(ji)層采(cai)(cai)用UV形坡口(kou)，可(ke)以(yi)減少過渡層與復層的(de)填充金屬量，以(yi)提高(gao)效率(lv)，同時也減少復層焊縫的(de)多次(ci)受(shou)熱，以(yi)免熔合(he)線附近(jin)產生晶(jing)間腐蝕。
②. 焊接過渡(du)(du)層時熔合比小，可降低焊縫(feng)金(jin)屬的稀釋(shi)率，以保證過渡(du)(du)層焊縫(feng)性能(neng)。
③. 能(neng)避(bi)免基層(ceng)焊(han)縫焊(han)到(dao)復層(ceng)上(shang)，以(yi)保(bao)證復層(ceng)的耐蝕性。
2. 焊(han)接(jie)材料選擇
為了保證焊(han)(han)(han)縫(feng)質(zhi)量，焊(han)(han)(han)接(jie)時應嚴格控制(zhi)焊(han)(han)(han)縫(feng)中有害雜質(zhi)元素S、P的含(han)量和焊(han)(han)(han)縫(feng)金屬的C含(han)量，限制(zhi)焊(han)(han)(han)接(jie)熱輸入及(ji)高(gao)溫度停留時間。不(bu)銹(xiu)鋼(gang)復合板(ban)洗滌塔的焊(han)(han)(han)材選(xuan)用情況(kuang)見表 5-54 。
3. 焊接技術要求
a. 焊接(jie)不銹(xiu)鋼復(fu)合板(ban)洗(xi)滌塔(ta)所采(cai)用的焊接(jie)參數見表5-55。焊接(jie)基層時的消氫溫(wen)度為300～350℃／2h。
b. 關(guan)鍵部件的焊(han)接技術要求
①. 封頭拼接
封頭(tou)拼(pin)接最(zui)為(wei)關鍵的(de)(de)(de)是制訂焊接順(shun)序(xu)、成(cheng)(cheng)形(xing)工藝和(he)(he)熱處理(li)工藝。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)(zheng)基(ji)層(ceng)Q345R的(de)(de)(de)設計強度，封頭(tou)在(zai)熱成(cheng)(cheng)形(xing)后要進行恢復(fu)(fu)力(li)(li)學性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)正(zheng)火處理(li)；而(er)不銹鋼的(de)(de)(de)敏化(hua)溫(wen)度區間為(wei)500～800℃，若在(zai)此區間時間停留過長，則會(hui)導(dao)致復(fu)(fu)層(ceng)晶(jing)界析(xi)出σ相，產生組織脆化(hua)，引(yin)起晶(jing)間腐蝕。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)(zheng)復(fu)(fu)層(ceng)的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)冷卻和(he)(he)基(ji)層(ceng)的(de)(de)(de)空冷，封頭(tou)熱壓(ya)成(cheng)(cheng)形(xing)后采用(yong)復(fu)(fu)層(ceng)噴霧水的(de)(de)(de)快(kuai)冷工藝。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)(zheng)過渡(du)層(ceng)和(he)(he)復(fu)(fu)層(ceng)的(de)(de)(de)焊縫質(zhi)量，在(zai)基(ji)層(ceng)焊接完成(cheng)(cheng)后，進行封頭(tou)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)形(xing)和(he)(he)正(zheng)火處理(li)。在(zai)母材(cai)試板合格后，進行過渡(du)層(ceng)的(de)(de)(de)焊接，復(fu)(fu)層(ceng)的(de)(de)(de)焊接在(zai)去應力(li)(li)處理(li)后進行，確保(bao)設備的(de)(de)(de)焊接質(zhi)量。封頭(tou)的(de)(de)(de)拼(pin)接工藝評定力(li)(li)學性(xing)能(neng)(neng)見(jian)表5-56。
②. 筒體焊接
筒體焊(han)(han)接(jie)時先進(jin)行(xing)內側(ce)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)接(jie)，采用埋(mai)弧焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)時應預(yu)留(liu)3～5mm不焊(han)(han)，再用焊(han)(han)條(tiao)電弧焊(han)(han)填充，以免將埋(mai)弧焊(han)(han)的焊(han)(han)縫(feng)焊(han)(han)在復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)上，焊(han)(han)接(jie)完畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)行(xing)消(xiao)氫處(chu)理；再從外側(ce)用碳(tan)弧氣刨進(jin)行(xing)清根(gen)，用角(jiao)磨(mo)機打磨(mo)掉(diao)滲碳(tan)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)；對(dui)外側(ce)進(jin)行(xing)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)接(jie)完畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)行(xing)消(xiao)氫處(chu)理；對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫(feng)進(jin)行(xing)100％的RT無損(sun)檢測，RT合格(ge)后(hou)(hou)對(dui)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)側(ce)的基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫(feng)余高進(jin)行(xing)磨(mo)平，再對(dui)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)進(jin)行(xing)100％PT無損(sun)檢測；再進(jin)行(xing)過渡層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)接(jie)，待熱(re)處(chu)理后(hou)(hou)進(jin)行(xing)復(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)接(jie)。
③. 錐體的焊(han)接
錐體(ti)由(you)四節組(zu)成，其(qi)中(zhong)(zhong)兩(liang)節為(wei)(wei)8（錐體(ti)壁厚）100mm＋4mm，一(yi)節為(wei)(wei)860mm＋4mm，一(yi)節為(wei)(wei)830mm＋4mm。錐體(ti)的夾角為(wei)(wei)60°，錐體(ti)的坡(po)口在(zai)立車上加工(gong)(gong)。其(qi)中(zhong)(zhong)8100mm＋4mm和860mm＋4mm的錐體(ti)環焊(han)(han)(han)縫在(zai)專(zhuan)用的焊(han)(han)(han)接(jie)輔助工(gong)(gong)裝進行埋弧(hu)焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)外側基層，如圖5-27所示。830mm＋4mm 頂端(duan)的錐體(ti)環焊(han)(han)(han)縫采用了(le)全焊(han)(han)(han)條電(dian)弧(hu)焊(han)(han)(han)的工(gong)(gong)藝。
④. 殼體與堆焊接管的(de)焊接
坡口的制備如圖5-28a所(suo)示(shi)。大(da)(da)厚壁殼體與堆焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)管的基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)，由于剛度(du)大(da)(da)、拘束度(du)大(da)(da)，其預熱(re)溫(wen)(wen)度(du)應(ying)(ying)比(bi)殼體對接(jie)(jie)的預熱(re)溫(wen)(wen)度(du)要(yao)高，預熱(re)溫(wen)(wen)度(du)應(ying)(ying)控制在(zai)200℃以上。為(wei)(wei)了(le)減輕(qing)大(da)(da)厚堆焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)管在(zai)筒體上的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形(xing)，在(zai)筒體內部(bu)安裝工裝支(zhi)撐(cheng)，同時(shi)從焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)工藝(yi)、焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)順(shun)序方(fang)面加(jia)以控制焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)變(bian)形(xing)，采用細焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)條、小電流、分(fen)(fen)段(duan)(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)、多層(ceng)(ceng)(ceng)多道焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)等方(fang)法。為(wei)(wei)了(le)防止打底層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫因(yin)收縮(suo)應(ying)(ying)力(li)過(guo)大(da)(da)而引起焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫開裂，打底焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)層(ceng)(ceng)(ceng)一般分(fen)(fen)為(wei)(wei)6～8段(duan)(duan)，后(hou)續焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)道可以逐(zhu)步減少分(fen)(fen)段(duan)(duan)數，可以降低焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)。基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)立即(ji)進行(xing)(xing)消氫(qing)處(chu)理和(he)保溫(wen)(wen)緩冷(leng)，冷(leng)卻(que)至常溫(wen)(wen)后(hou)對基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)縫進行(xing)(xing)100％UT無損(sun)檢測。UT無損(sun)檢測合格后(hou)，再按要(yao)求進行(xing)(xing)過(guo)渡層(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)和(he)熱(re)處(chu)理后(hou)進行(xing)(xing)復層(ceng)(ceng)(ceng)的焊(han)(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)。
⑤. 殼體與不(bu)銹(xiu)鋼(gang)接(jie)管的焊接(jie)
坡口的制(zhi)備如圖5-28b所示(shi)。采用(yong)對殼體開(kai)孔(kong)處的基(ji)層預先進(jin)(jin)行(xing)(xing)堆焊(han)(han)(han)(han)過渡(du)層的工藝(yi)，焊(han)(han)(han)(han)接(jie)時采用(yong)短弧、小電流、反極性、快速窄道(dao)焊(han)(han)(han)(han)和(he)多(duo)層多(duo)道(dao)焊(han)(han)(han)(han)的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)工藝(yi)，從而(er)保證(zheng)了(le)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)質量。嚴格(ge)控制(zhi)道(dao)間溫度，一般不要高于150℃。由于此處的剛(gang)度、拘束度和(he)焊(han)(han)(han)(han)接(jie)應(ying)力都非常大，對不銹(xiu)鋼之間的焊(han)(han)(han)(han)接(jie)也(ye)采取了(le)預熱100℃以上的工藝(yi)。焊(han)(han)(han)(han)接(jie)后(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)保溫緩(huan)冷，冷卻至(zhi)常溫后(hou)對角焊(han)(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)100％UT無損檢測。
4. 焊縫的返修要求(qiu)
a. 表面缺陷的返修(xiu)
缺(que)陷(xian)經修磨清(qing)除(chu)后(hou)(hou)，修磨處的(de)厚(hou)度(du)不應小于(yu)設計厚(hou)度(du)，磨除(chu)厚(hou)度(du)應小于(yu)容(rong)器名義厚(hou)度(du)的(de)2％且不大1mm，超出時應予補焊。缺(que)陷(xian)清(qing)除(chu)后(hou)(hou)，應進行外觀檢查(cha)，要求表面光滑平整、過(guo)渡平緩，表面需作(zuo)無損檢測。
b. 局部缺陷(xian)的返(fan)修
在(zai)焊(han)縫(feng)(feng)缺(que)陷(xian)返(fan)修前應對(dui)返(fan)修周圍進(jin)行預熱，預熱溫度(du)為100～150℃，并(bing)應用超聲波檢測儀測定缺(que)陷(xian)深(shen)度(du)，根(gen)據缺(que)陷(xian)深(shen)度(du)確定在(zai)哪一側(ce)返(fan)修，清(qing)除(chu)(chu)缺(que)陷(xian)時，應控制在(zai)鋼板厚度(du)的2/3以內（從返(fan)修側(ce)表面(mian)計(ji)算），若超過焊(han)縫(feng)(feng)深(shen)度(du)2/3仍殘留缺(que)陷(xian)時，應立即停止清(qing)除(chu)(chu)并(bing)進(jin)行補焊(han)，補焊(han)時應采(cai)用多層(ceng)多道焊(han)，不(bu)需(xu)要擺動焊(han)。然后(hou)在(zai)其(qi)背面(mian)再次(ci)清(qing)除(chu)(chu)缺(que)陷(xian)，進(jin)行補焊(han)，補焊(han)長(chang)度(du)應＞80mm。
5. 焊接不(bu)銹鋼復層(ceng)時的注意事(shi)項
a. 焊接前應在坡(po)口兩側各(ge)100mm范圍(wei)內，涂刷(shua)“防飛濺劑(ji)”，以(yi)防止飛濺沾污復層表面(mian)。
b. 焊接(jie)時采(cai)用(yong)小熱輸(shu)入、快(kuai)速(su)焊、短弧焊、不擺動、多(duo)道焊的方法。
c. 嚴(yan)格控制道(dao)間溫度(du)，不超過工藝要求。
三(san)、焊后熱處(chu)理(li)工藝的制定
1. 封頭的正火處理工藝
封頭在熱成形(xing)后(hou)，為了(le)保證基層(ceng)Q345R的設計強度，需要進行恢復力學性能的正火(huo)處理，Q345R的正火(huo)工藝要求溫度控制在880～940℃。封頭經過正火(huo)處理后(hou)，對(dui)同(tong)爐母材(cai)試板進行力學性能分(fen)析和對(dui)復層(ceng)進行晶(jing)間(jian)腐蝕試驗，結果(guo)都達到了(le)設計要求。
2. 筒(tong)片卷制(zhi)后的熱處理(li)工藝
筒(tong)體(ti)(ti)壁厚大(da)于圓筒(tong)內(nei)徑的3％時，應進行處(chu)理(li)。筒(tong)體(ti)(ti)卷制成形后(hou)，進行了消除(chu)卷制應力的熱處(chu)理(li)，其熱處(chu)理(li)溫度為(wei)（580±10）℃。
3. 設(she)備的去應力熱處理(li)工藝
不銹(xiu)鋼復(fu)合板的焊(han)后熱(re)處(chu)理(li)，要避免復(fu)層母材和焊(han)接接頭中鉻(ge)碳化(hua)合物(wu)析出和形(xing)成(cheng)σ相，采(cai)用較(jiao)低的熱(re)處(chu)理(li)溫(wen)度(du)，即（580±10）℃的退火工藝(yi)，保溫(wen)時間(jian)按正常所需時間(jian)進(jin)(jin)行保溫(wen)。由于錐體(ti)(ti)的復(fu)層若要在最后焊(han)接，其焊(han)接環境比較(jiao)惡(e)劣(lie)，所以把設備分為上下兩段(duan)進(jin)(jin)行整體(ti)(ti)熱(re)處(chu)理(li)，而在錐體(ti)(ti)與筒體(ti)(ti)連接的第二節筒體(ti)(ti)上進(jin)(jin)行收口，焊(han)接完(wan)畢后，進(jin)(jin)行局部熱(re)處(chu)理(li)。
四、防止復層損傷的幾項措施
1. 為(wei)了防(fang)止復(fu)(fu)合板的損(sun)傷(shang)，應對(dui)(dui)復(fu)(fu)層用粘膠布進行(xing)保護(hu)(hu)；卷(juan)板時，對(dui)(dui)滾筒用麻(ma)繩或包不銹鋼皮進行(xing)保護(hu)(hu)。
2. 起(qi)吊時用專用工裝卡具進(jin)行起(qi)吊。
3. 焊(han)(han)工在筒體內進行焊(han)(han)接(jie)時，必須穿布鞋或膠鞋。
五、根據設(she)計(ji)圖樣的要求(qiu)，焊縫檢測質(zhi)量應達到BI級
焊接(jie)完(wan)畢對設備縱、環焊縫(feng)進(jin)行100％的y射線(xian)檢測，焊縫(feng)一次合格率達(da)到98％，未(wei)(wei)出現裂(lie)紋、未(wei)(wei)熔合等缺(que)陷；對復層進(jin)行100％PT無(wu)損檢測，結果達(da)到100％I級合格要求(qiu)。對設備焊接(jie)試(shi)板進(jin)行了力學性(xing)能試(shi)驗(yan)，結果完(wan)全達(da)到設計要求(qiu)。
洗滌塔的成(cheng)功制作(zuo)，對(dui)設(she)備(bei)制造廠(chang)家(jia)解(jie)決了(le)大厚型不銹鋼復合板設(she)備(bei)的焊(han)接技(ji)術和(he)制作(zuo)積累了(le)豐富的經驗，對(dui)今后同類大型設(she)備(bei)的制作(zuo)有很好的借鑒和(he)指導(dao)意義。
