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，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(xiu)鋼(gang)復合板焊(han)接性分(fen)析(xi)
不(bu)銹鋼(gang)復合板焊(han)接(jie)(jie)的(de)最關鍵是過渡層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接(jie)(jie)，其屬于異種(zhong)(zhong)鋼(gang)的(de)焊(han)接(jie)(jie)，焊(han)接(jie)(jie)時要(yao)(yao)兼顧基層(ceng)(ceng)(ceng)和復層(ceng)(ceng)(ceng)2種(zhong)(zhong)不(bu)同(tong)鋼(gang)材(cai)的(de)性能。應(ying)選用合適的(de)填充材(cai)料，同(tong)時要(yao)(yao)嚴格(ge)控制焊(han)接(jie)(jie)熱輸人，使碳鋼(gang)基層(ceng)(ceng)(ceng)一側熔(rong)深(shen)較淺，以減少焊(han)縫金(jin)屬的(de)稀(xi)釋和基層(ceng)(ceng)(ceng)合金(jin)化。
二、焊接工(gong)藝制定
1. 坡口形式確定
根據(ju)圖(tu)(tu)樣要(yao)求和工藝條(tiao)件，縱縫(feng)、拼縫(feng)的坡口(kou)采用雙U形＋V形的坡口(kou)形式(shi)，如圖(tu)(tu)5-26a所(suo)(suo)示(shi)；環縫(feng)的坡口(kou)采用UV形的坡口(kou)形式(shi)，如圖(tu)(tu)5-26b所(suo)(suo)示(shi)。
采用這兩種坡口形式的優點為：
①. 縱縫(feng)(feng)(feng)、拼縫(feng)(feng)(feng)的(de)基(ji)層(ceng)采(cai)用雙U形坡口(kou)，可以(yi)(yi)提高效(xiao)率(lv)，減(jian)少焊(han)接變形，防止筒(tong)體(ti)產生內(nei)棱角(jiao)，避免焊(han)縫(feng)(feng)(feng)內(nei)部存(cun)在過(guo)大的(de)焊(han)接應力；而環縫(feng)(feng)(feng)的(de)基(ji)層(ceng)采(cai)用UV形坡口(kou)，可以(yi)(yi)減(jian)少過(guo)渡層(ceng)與(yu)復層(ceng)的(de)填充金屬量，以(yi)(yi)提高效(xiao)率(lv)，同(tong)時也(ye)減(jian)少復層(ceng)焊(han)縫(feng)(feng)(feng)的(de)多(duo)次受熱，以(yi)(yi)免熔合線附近產生晶間(jian)腐蝕。
②. 焊接過(guo)渡層時熔合比小，可降低焊縫金屬的(de)稀釋率，以保證過(guo)渡層焊縫性(xing)能。
③. 能避免基層焊(han)縫焊(han)到復層上，以保證(zheng)復層的耐(nai)蝕性。
2. 焊接材(cai)料選擇
為了保(bao)證(zheng)焊(han)(han)縫(feng)質(zhi)量，焊(han)(han)接時應嚴(yan)格(ge)控制焊(han)(han)縫(feng)中有(you)害雜質(zhi)元(yuan)素S、P的含(han)量和(he)焊(han)(han)縫(feng)金屬的C含(han)量，限制焊(han)(han)接熱輸入及高溫度停留時間。不銹鋼(gang)復合(he)板(ban)洗滌塔的焊(han)(han)材選用情況見表 5-54 。
3. 焊接技術要求
a. 焊接(jie)不銹鋼復合板(ban)洗(xi)滌(di)塔所采(cai)用的焊接(jie)參(can)數(shu)見(jian)表5-55。焊接(jie)基層時的消氫溫度(du)為(wei)300～350℃／2h。
b. 關鍵部(bu)件的焊(han)接技術(shu)要求
①. 封頭(tou)拼接
封頭(tou)拼接(jie)(jie)(jie)最為關鍵的(de)是制訂焊(han)接(jie)(jie)(jie)順(shun)序、成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)工藝和熱處(chu)理(li)工藝。為了(le)保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)基層(ceng)(ceng)Q345R的(de)設(she)計強度(du)(du)，封頭(tou)在(zai)熱成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)后(hou)(hou)要進(jin)行恢復(fu)力(li)學性能的(de)正火處(chu)理(li)；而不銹鋼的(de)敏(min)化(hua)溫度(du)(du)區間為500～800℃，若(ruo)在(zai)此區間時間停留過長，則會導致復(fu)層(ceng)(ceng)晶界析(xi)出σ相，產生組(zu)織脆化(hua)，引起(qi)晶間腐(fu)蝕。為了(le)保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)快速冷卻和基層(ceng)(ceng)的(de)空(kong)冷，封頭(tou)熱壓成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)后(hou)(hou)采(cai)用復(fu)層(ceng)(ceng)噴(pen)霧水的(de)快冷工藝。為了(le)保(bao)(bao)證(zheng)(zheng)過渡層(ceng)(ceng)和復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)縫(feng)質(zhi)量，在(zai)基層(ceng)(ceng)焊(han)接(jie)(jie)(jie)完成(cheng)(cheng)后(hou)(hou)，進(jin)行封頭(tou)的(de)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)和正火處(chu)理(li)。在(zai)母材試(shi)板合格后(hou)(hou)，進(jin)行過渡層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)，復(fu)層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)在(zai)去應力(li)處(chu)理(li)后(hou)(hou)進(jin)行，確保(bao)(bao)設(she)備的(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)質(zhi)量。封頭(tou)的(de)拼接(jie)(jie)(jie)工藝評定力(li)學性能見表5-56。
②. 筒體焊(han)接
筒體焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時先(xian)進(jin)(jin)行(xing)(xing)內(nei)側(ce)(ce)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，采用埋弧(hu)焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時應預留3～5mm不焊(han)(han)(han)，再用焊(han)(han)(han)條電弧(hu)焊(han)(han)(han)填充，以免將埋弧(hu)焊(han)(han)(han)的(de)焊(han)(han)(han)縫焊(han)(han)(han)在復層(ceng)(ceng)(ceng)上，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)完畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)氫處理(li)；再從外側(ce)(ce)用碳弧(hu)氣(qi)刨進(jin)(jin)行(xing)(xing)清根，用角磨機打磨掉滲碳層(ceng)(ceng)(ceng)；對外側(ce)(ce)進(jin)(jin)行(xing)(xing)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)完畢(bi)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)消(xiao)氫處理(li)；對基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％的(de)RT無(wu)損檢測，RT合格后(hou)(hou)對復層(ceng)(ceng)(ceng)側(ce)(ce)的(de)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫余高進(jin)(jin)行(xing)(xing)磨平，再對基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)表面進(jin)(jin)行(xing)(xing)100％PT無(wu)損檢測；再進(jin)(jin)行(xing)(xing)過渡(du)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，待熱處理(li)后(hou)(hou)進(jin)(jin)行(xing)(xing)復層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。
③. 錐(zhui)體的(de)焊接
錐(zhui)體由(you)四(si)節(jie)(jie)組成，其(qi)中(zhong)兩節(jie)(jie)為8（錐(zhui)體壁(bi)厚）100mm＋4mm，一節(jie)(jie)為860mm＋4mm，一節(jie)(jie)為830mm＋4mm。錐(zhui)體的夾角為60°，錐(zhui)體的坡口在立車上(shang)加工(gong)。其(qi)中(zhong)8100mm＋4mm和(he)860mm＋4mm的錐(zhui)體環焊(han)(han)縫在專用的焊(han)(han)接輔助工(gong)裝進行埋弧(hu)焊(han)(han)焊(han)(han)接外側(ce)基(ji)層，如(ru)圖5-27所(suo)示。830mm＋4mm 頂端的錐(zhui)體環焊(han)(han)縫采用了(le)全焊(han)(han)條電弧(hu)焊(han)(han)的工(gong)藝(yi)。
④. 殼體與堆焊(han)接(jie)管的焊(han)接(jie)
坡口(kou)的(de)制備如(ru)圖5-28a所示。大厚(hou)壁殼體與堆焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)管(guan)的(de)基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)，由于剛度大、拘束度大，其預熱(re)(re)溫(wen)度應比殼體對接(jie)(jie)(jie)的(de)預熱(re)(re)溫(wen)度要(yao)高，預熱(re)(re)溫(wen)度應控(kong)(kong)制在200℃以上。為(wei)(wei)(wei)了減(jian)輕大厚(hou)堆焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)管(guan)在筒體上的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)變(bian)形，在筒體內部安裝工裝支撐，同時(shi)從焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝、焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)順序方(fang)面加以控(kong)(kong)制焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)變(bian)形，采(cai)用細(xi)焊(han)(han)條、小電流、分(fen)(fen)段焊(han)(han)、多層(ceng)(ceng)多道焊(han)(han)等方(fang)法(fa)。為(wei)(wei)(wei)了防(fang)止(zhi)打底(di)層(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫因收縮應力過大而引起焊(han)(han)縫開裂，打底(di)焊(han)(han)層(ceng)(ceng)一般(ban)分(fen)(fen)為(wei)(wei)(wei)6～8段，后(hou)續焊(han)(han)道可(ke)(ke)以逐步減(jian)少分(fen)(fen)段數，可(ke)(ke)以降低焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)殘余應力。基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)后(hou)立即進行(xing)(xing)消氫處理和保溫(wen)緩冷(leng)，冷(leng)卻(que)至常溫(wen)后(hou)對基層(ceng)(ceng)焊(han)(han)縫進行(xing)(xing)100％UT無損(sun)檢(jian)測(ce)。UT無損(sun)檢(jian)測(ce)合格后(hou)，再按要(yao)求進行(xing)(xing)過渡層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)和熱(re)(re)處理后(hou)進行(xing)(xing)復層(ceng)(ceng)的(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。
⑤. 殼體(ti)與不銹鋼接(jie)管的焊接(jie)
坡口(kou)的(de)制備如圖5-28b所示。采(cai)用(yong)(yong)對(dui)殼體開孔處的(de)基(ji)層預先進行(xing)堆焊過渡層的(de)工(gong)(gong)藝，焊接(jie)(jie)時(shi)采(cai)用(yong)(yong)短弧、小電流、反極性、快速窄道(dao)焊和(he)多層多道(dao)焊的(de)焊接(jie)(jie)工(gong)(gong)藝，從而(er)保證(zheng)了焊接(jie)(jie)質量。嚴(yan)格控制道(dao)間(jian)溫度(du)，一般不要高于150℃。由于此(ci)處的(de)剛度(du)、拘束度(du)和(he)焊接(jie)(jie)應力都非常大，對(dui)不銹鋼(gang)之(zhi)間(jian)的(de)焊接(jie)(jie)也采(cai)取了預熱100℃以上的(de)工(gong)(gong)藝。焊接(jie)(jie)后進行(xing)保溫緩冷(leng)，冷(leng)卻至常溫后對(dui)角(jiao)焊縫(feng)進100％UT無損(sun)檢測。
4. 焊縫的返(fan)修要求(qiu)
a. 表面缺(que)陷(xian)的返修(xiu)
缺(que)陷經修(xiu)磨清除(chu)后(hou)，修(xiu)磨處的厚(hou)度不應(ying)(ying)小(xiao)于設計厚(hou)度，磨除(chu)厚(hou)度應(ying)(ying)小(xiao)于容器名義厚(hou)度的2％且不大1mm，超(chao)出時應(ying)(ying)予(yu)補焊。缺(que)陷清除(chu)后(hou)，應(ying)(ying)進行(xing)外觀檢查(cha)，要求(qiu)表面光滑平(ping)整、過渡平(ping)緩，表面需作無損檢測。
b. 局部缺陷的返修(xiu)
在(zai)(zai)焊(han)(han)縫缺(que)(que)陷(xian)返(fan)修前應對返(fan)修周圍(wei)進行(xing)(xing)預(yu)(yu)熱，預(yu)(yu)熱溫(wen)度(du)為100～150℃，并應用超(chao)聲(sheng)波(bo)檢測(ce)(ce)儀測(ce)(ce)定缺(que)(que)陷(xian)深(shen)度(du)，根據缺(que)(que)陷(xian)深(shen)度(du)確定在(zai)(zai)哪一側返(fan)修，清除缺(que)(que)陷(xian)時(shi)，應控制在(zai)(zai)鋼板厚度(du)的2/3以(yi)內（從返(fan)修側表面計算(suan)），若超(chao)過焊(han)(han)縫深(shen)度(du)2/3仍殘留缺(que)(que)陷(xian)時(shi)，應立即停(ting)止(zhi)清除并進行(xing)(xing)補(bu)(bu)焊(han)(han)，補(bu)(bu)焊(han)(han)時(shi)應采用多(duo)層(ceng)多(duo)道焊(han)(han)，不(bu)需要(yao)擺動焊(han)(han)。然后在(zai)(zai)其背面再(zai)次清除缺(que)(que)陷(xian)，進行(xing)(xing)補(bu)(bu)焊(han)(han)，補(bu)(bu)焊(han)(han)長度(du)應＞80mm。
5. 焊接不銹鋼復層時的注(zhu)意事(shi)項
a. 焊接前應在坡口兩側各(ge)100mm范(fan)圍內，涂刷(shua)“防飛濺劑(ji)”，以防止飛濺沾(zhan)污(wu)復層表面。
b. 焊接(jie)時采用小熱輸入(ru)、快速焊、短弧焊、不擺動、多道焊的方法。
c. 嚴格控(kong)制道間溫(wen)度(du)，不(bu)超過工藝要(yao)求。
三、焊后(hou)熱處理工藝的制定(ding)
1. 封(feng)頭的正火處理工(gong)藝
封(feng)頭在熱成形后，為了保(bao)證基(ji)層Q345R的(de)設(she)計(ji)強度，需要進行(xing)(xing)恢復(fu)力學(xue)性(xing)能的(de)正火(huo)處理(li)，Q345R的(de)正火(huo)工藝(yi)要求溫度控(kong)制在880～940℃。封(feng)頭經過正火(huo)處理(li)后，對同爐母材試板進行(xing)(xing)力學(xue)性(xing)能分析(xi)和對復(fu)層進行(xing)(xing)晶間腐蝕試驗(yan)，結果都達到了設(she)計(ji)要求。
2. 筒片卷制(zhi)后(hou)的熱處理工藝
筒體壁(bi)厚大于圓(yuan)筒內徑的3％時(shi)，應(ying)(ying)進行(xing)處理(li)(li)。筒體卷制(zhi)成形后，進行(xing)了消除(chu)卷制(zhi)應(ying)(ying)力的熱處理(li)(li)，其熱處理(li)(li)溫度為(wei)（580±10）℃。
3. 設備的去應力熱處理工(gong)藝
不(bu)銹鋼復合板的(de)(de)(de)焊后(hou)熱(re)處理(li)(li)，要避免復層母材和焊接(jie)接(jie)頭中(zhong)鉻碳化合物析出和形成σ相，采用較低(di)的(de)(de)(de)熱(re)處理(li)(li)溫度，即（580±10）℃的(de)(de)(de)退火(huo)工藝，保溫時間按(an)正常(chang)所需時間進(jin)(jin)行(xing)保溫。由于錐體(ti)的(de)(de)(de)復層若要在(zai)最后(hou)焊接(jie)，其焊接(jie)環境比較惡劣(lie)，所以(yi)把設備(bei)分為上下兩段進(jin)(jin)行(xing)整體(ti)熱(re)處理(li)(li)，而在(zai)錐體(ti)與(yu)筒體(ti)連(lian)接(jie)的(de)(de)(de)第二節筒體(ti)上進(jin)(jin)行(xing)收口，焊接(jie)完畢后(hou)，進(jin)(jin)行(xing)局(ju)部熱(re)處理(li)(li)。
四、防止復(fu)層損傷(shang)的幾項(xiang)措(cuo)施
1. 為了防(fang)止復(fu)合(he)板的損傷，應對復(fu)層用粘膠(jiao)布進(jin)行(xing)保(bao)(bao)護；卷板時(shi)，對滾筒用麻(ma)繩(sheng)或包不銹鋼皮(pi)進(jin)行(xing)保(bao)(bao)護。
2. 起吊(diao)時用專用工裝卡(ka)具進(jin)行(xing)起吊(diao)。
3. 焊工在(zai)筒體內進(jin)行焊接時，必須穿布鞋或膠鞋。
五、根據設計(ji)圖樣(yang)的要求，焊縫檢測質量應達到BI級
焊接完畢對設備(bei)縱、環(huan)焊縫進(jin)行(xing)(xing)100％的y射線檢(jian)測(ce)(ce)，焊縫一(yi)次合格(ge)率達到98％，未出(chu)現裂紋、未熔合等(deng)缺陷(xian)；對復層進(jin)行(xing)(xing)100％PT無損檢(jian)測(ce)(ce)，結(jie)果達到100％I級合格(ge)要求。對設備(bei)焊接試板進(jin)行(xing)(xing)了力學性能試驗，結(jie)果完全達到設計要求。
洗滌塔的成功制作(zuo)，對設備(bei)制造廠家解(jie)決了大厚型不銹(xiu)鋼復合板設備(bei)的焊接(jie)技術(shu)和(he)制作(zuo)積累了豐富的經(jing)驗，對今后同類大型設備(bei)的制作(zuo)有很(hen)好的借鑒和(he)指導意義。
