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、不銹鋼復合板焊(han)接性分析
不(bu)銹鋼復(fu)合板焊接(jie)的最關鍵是過(guo)渡層(ceng)的焊接(jie)，其屬(shu)于異種鋼的焊接(jie)，焊接(jie)時要兼顧基層(ceng)和復(fu)層(ceng)2種不(bu)同鋼材的性能。應選用合適(shi)的填充材料，同時要嚴格(ge)控制焊接(jie)熱(re)輸人，使碳鋼基層(ceng)一側熔深較(jiao)淺，以減少焊縫金屬(shu)的稀(xi)釋和基層(ceng)合金化(hua)。
二、焊接工(gong)藝制(zhi)定
1. 坡(po)口形式確定
根據圖樣要求和工藝條(tiao)件，縱縫(feng)、拼縫(feng)的(de)坡(po)(po)口(kou)(kou)采(cai)用(yong)雙U形(xing)＋V形(xing)的(de)坡(po)(po)口(kou)(kou)形(xing)式，如圖5-26a所(suo)示；環(huan)縫(feng)的(de)坡(po)(po)口(kou)(kou)采(cai)用(yong)UV形(xing)的(de)坡(po)(po)口(kou)(kou)形(xing)式，如圖5-26b所(suo)示。
采(cai)用這(zhe)兩(liang)種坡口(kou)形式(shi)的優點(dian)為：
①. 縱縫(feng)、拼縫(feng)的(de)基(ji)層(ceng)采(cai)用雙U形坡(po)口(kou)，可以(yi)(yi)提高效(xiao)率，減(jian)少焊接變(bian)形，防止筒體產生內棱(leng)角，避免焊縫(feng)內部(bu)存在過(guo)大的(de)焊接應力；而環縫(feng)的(de)基(ji)層(ceng)采(cai)用UV形坡(po)口(kou)，可以(yi)(yi)減(jian)少過(guo)渡層(ceng)與復(fu)層(ceng)的(de)填(tian)充金屬量(liang)，以(yi)(yi)提高效(xiao)率，同時也減(jian)少復(fu)層(ceng)焊縫(feng)的(de)多次受熱，以(yi)(yi)免熔(rong)合線附近產生晶間(jian)腐蝕。
②. 焊(han)接過渡(du)層時熔合比小(xiao)，可降低焊(han)縫(feng)金(jin)屬的(de)稀釋率，以保證過渡(du)層焊(han)縫(feng)性(xing)能。
③. 能避免基層(ceng)焊(han)(han)縫焊(han)(han)到復(fu)層(ceng)上，以保證復(fu)層(ceng)的耐蝕(shi)性。
2. 焊接材(cai)料(liao)選擇
為(wei)了保證焊(han)(han)縫質量(liang)，焊(han)(han)接時(shi)(shi)應(ying)嚴(yan)格控(kong)制(zhi)焊(han)(han)縫中有害雜(za)質元素S、P的含(han)(han)量(liang)和焊(han)(han)縫金屬的C含(han)(han)量(liang)，限制(zhi)焊(han)(han)接熱輸入及高溫度停(ting)留時(shi)(shi)間。不銹(xiu)鋼復合(he)板(ban)洗滌(di)塔的焊(han)(han)材(cai)選用(yong)情況見表 5-54 。
3. 焊接(jie)技術要求
a. 焊接(jie)不銹鋼(gang)復合板洗滌塔(ta)所采用的(de)焊接(jie)參數見(jian)表(biao)5-55。焊接(jie)基層時的(de)消氫溫度為300～350℃／2h。
b. 關鍵部件的(de)焊接(jie)技術要求
①. 封頭(tou)拼接
封頭(tou)(tou)(tou)拼(pin)(pin)接(jie)(jie)(jie)最為(wei)(wei)關鍵的(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)制訂焊(han)接(jie)(jie)(jie)順序(xu)、成(cheng)形工(gong)(gong)藝和(he)熱(re)處理(li)工(gong)(gong)藝。為(wei)(wei)了保證基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)Q345R的(de)(de)(de)(de)(de)設(she)計強度，封頭(tou)(tou)(tou)在(zai)(zai)(zai)熱(re)成(cheng)形后(hou)(hou)要進(jin)行(xing)恢復(fu)(fu)(fu)力(li)學性能的(de)(de)(de)(de)(de)正火(huo)(huo)處理(li)；而不銹鋼的(de)(de)(de)(de)(de)敏化溫度區(qu)間(jian)(jian)為(wei)(wei)500～800℃，若在(zai)(zai)(zai)此區(qu)間(jian)(jian)時(shi)間(jian)(jian)停留過(guo)長，則(ze)會導致復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)晶界析出σ相，產生組織脆化，引起晶間(jian)(jian)腐蝕。為(wei)(wei)了保證復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)快速冷(leng)卻(que)和(he)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)空冷(leng)，封頭(tou)(tou)(tou)熱(re)壓(ya)成(cheng)形后(hou)(hou)采用復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)噴霧水的(de)(de)(de)(de)(de)快冷(leng)工(gong)(gong)藝。為(wei)(wei)了保證過(guo)渡(du)(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)和(he)復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)縫質量(liang)，在(zai)(zai)(zai)基(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)接(jie)(jie)(jie)完成(cheng)后(hou)(hou)，進(jin)行(xing)封頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)成(cheng)形和(he)正火(huo)(huo)處理(li)。在(zai)(zai)(zai)母材試板(ban)合格后(hou)(hou)，進(jin)行(xing)過(guo)渡(du)(du)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)，復(fu)(fu)(fu)層(ceng)(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)在(zai)(zai)(zai)去應力(li)處理(li)后(hou)(hou)進(jin)行(xing)，確保設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)質量(liang)。封頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)拼(pin)(pin)接(jie)(jie)(jie)工(gong)(gong)藝評定力(li)學性能見表5-56。
②. 筒體焊接(jie)
筒體焊(han)(han)(han)接(jie)時先進(jin)(jin)行內(nei)側基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)，采用埋弧焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)時應預留3～5mm不(bu)焊(han)(han)(han)，再用焊(han)(han)(han)條電(dian)弧焊(han)(han)(han)填充，以免將埋弧焊(han)(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)(han)縫焊(han)(han)(han)在復層(ceng)(ceng)(ceng)上，焊(han)(han)(han)接(jie)完畢后進(jin)(jin)行消氫處理(li)；再從外側用碳(tan)(tan)弧氣刨進(jin)(jin)行清(qing)根，用角磨機打磨掉滲(shen)碳(tan)(tan)層(ceng)(ceng)(ceng)；對(dui)外側進(jin)(jin)行基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)(han)接(jie)完畢后進(jin)(jin)行消氫處理(li)；對(dui)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫進(jin)(jin)行100％的(de)(de)RT無(wu)損檢測(ce)(ce)，RT合格后對(dui)復層(ceng)(ceng)(ceng)側的(de)(de)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)焊(han)(han)(han)縫余(yu)高(gao)進(jin)(jin)行磨平，再對(dui)基(ji)(ji)層(ceng)(ceng)(ceng)表面(mian)進(jin)(jin)行100％PT無(wu)損檢測(ce)(ce)；再進(jin)(jin)行過渡層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)，待熱處理(li)后進(jin)(jin)行復層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接(jie)。
③. 錐體的焊接
錐(zhui)(zhui)體(ti)由四節(jie)(jie)(jie)(jie)組(zu)成，其(qi)中兩(liang)節(jie)(jie)(jie)(jie)為(wei)8（錐(zhui)(zhui)體(ti)壁厚）100mm＋4mm，一(yi)節(jie)(jie)(jie)(jie)為(wei)860mm＋4mm，一(yi)節(jie)(jie)(jie)(jie)為(wei)830mm＋4mm。錐(zhui)(zhui)體(ti)的(de)(de)夾角為(wei)60°，錐(zhui)(zhui)體(ti)的(de)(de)坡口在立車上加工(gong)。其(qi)中8100mm＋4mm和860mm＋4mm的(de)(de)錐(zhui)(zhui)體(ti)環(huan)焊(han)縫在專用的(de)(de)焊(han)接輔助工(gong)裝進行埋弧焊(han)焊(han)接外側基層，如(ru)圖5-27所(suo)示(shi)。830mm＋4mm 頂端的(de)(de)錐(zhui)(zhui)體(ti)環(huan)焊(han)縫采用了全焊(han)條電弧焊(han)的(de)(de)工(gong)藝(yi)。
④. 殼體與(yu)堆(dui)焊(han)接管的焊(han)接
坡口(kou)的(de)制(zhi)(zhi)備如圖5-28a所(suo)示。大(da)厚壁殼體(ti)與(yu)堆焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)管(guan)(guan)的(de)基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，由于剛度大(da)、拘(ju)束度大(da)，其預(yu)熱(re)(re)溫(wen)(wen)度應(ying)(ying)比(bi)殼體(ti)對(dui)(dui)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)的(de)預(yu)熱(re)(re)溫(wen)(wen)度要高(gao)，預(yu)熱(re)(re)溫(wen)(wen)度應(ying)(ying)控制(zhi)(zhi)在200℃以(yi)上。為了(le)減輕(qing)大(da)厚堆焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)管(guan)(guan)在筒體(ti)上的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)變(bian)形(xing)，在筒體(ti)內部安裝工裝支撐(cheng)，同(tong)時從(cong)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)工藝、焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)順序方面加以(yi)控制(zhi)(zhi)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)變(bian)形(xing)，采用細焊(han)(han)(han)(han)(han)條、小(xiao)電(dian)流、分(fen)段(duan)焊(han)(han)(han)(han)(han)、多(duo)層(ceng)多(duo)道(dao)焊(han)(han)(han)(han)(han)等方法。為了(le)防止打底層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫因(yin)收縮應(ying)(ying)力過大(da)而引起(qi)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫開裂，打底焊(han)(han)(han)(han)(han)層(ceng)一般(ban)分(fen)為6～8段(duan)，后(hou)續焊(han)(han)(han)(han)(han)道(dao)可以(yi)逐步減少分(fen)段(duan)數，可以(yi)降低(di)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)殘余應(ying)(ying)力。基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)后(hou)立即進行(xing)消氫(qing)處理(li)和保溫(wen)(wen)緩冷，冷卻(que)至常溫(wen)(wen)后(hou)對(dui)(dui)基層(ceng)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫進行(xing)100％UT無(wu)損檢測。UT無(wu)損檢測合格后(hou)，再按要求進行(xing)過渡層(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)和熱(re)(re)處理(li)后(hou)進行(xing)復層(ceng)的(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)。
⑤. 殼體與不銹鋼(gang)接管的焊接
坡口的(de)(de)制備如圖5-28b所示。采(cai)用對殼體開孔處的(de)(de)基層預先進(jin)行堆(dui)焊(han)(han)(han)過渡層的(de)(de)工藝，焊(han)(han)(han)接時采(cai)用短弧、小電流、反極性、快速窄道焊(han)(han)(han)和多層多道焊(han)(han)(han)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接工藝，從而保(bao)證了焊(han)(han)(han)接質量。嚴格(ge)控制道間(jian)溫度(du)，一般不(bu)要高于150℃。由于此處的(de)(de)剛度(du)、拘束度(du)和焊(han)(han)(han)接應(ying)力(li)都非常(chang)(chang)大，對不(bu)銹鋼之間(jian)的(de)(de)焊(han)(han)(han)接也(ye)采(cai)取了預熱100℃以(yi)上的(de)(de)工藝。焊(han)(han)(han)接后進(jin)行保(bao)溫緩(huan)冷，冷卻至(zhi)常(chang)(chang)溫后對角焊(han)(han)(han)縫進(jin)100％UT無損檢測。
4. 焊縫的返(fan)修要(yao)求(qiu)
a. 表面缺陷(xian)的返修(xiu)
缺陷經修磨清(qing)除(chu)(chu)后(hou)，修磨處的(de)厚(hou)度(du)不應小于(yu)設計厚(hou)度(du)，磨除(chu)(chu)厚(hou)度(du)應小于(yu)容器名義厚(hou)度(du)的(de)2％且不大1mm，超出時應予補焊。缺陷清(qing)除(chu)(chu)后(hou)，應進行外觀檢查，要(yao)求表面光滑平整、過渡平緩，表面需作無損檢測(ce)。
b. 局部缺陷(xian)的返修
在(zai)焊(han)縫缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)返(fan)(fan)修(xiu)前應(ying)對返(fan)(fan)修(xiu)周(zhou)圍進行(xing)(xing)預熱(re)，預熱(re)溫度(du)為(wei)100～150℃，并(bing)應(ying)用(yong)超聲波檢測(ce)儀測(ce)定缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)深度(du)，根據(ju)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)深度(du)確定在(zai)哪一側返(fan)(fan)修(xiu)，清(qing)(qing)除(chu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi)，應(ying)控制在(zai)鋼板厚(hou)度(du)的2/3以內(nei)（從返(fan)(fan)修(xiu)側表(biao)面計(ji)算(suan)），若超過焊(han)縫深度(du)2/3仍殘留缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)時(shi)，應(ying)立即停止清(qing)(qing)除(chu)并(bing)進行(xing)(xing)補焊(han)，補焊(han)時(shi)應(ying)采用(yong)多(duo)層(ceng)多(duo)道焊(han)，不需要擺動焊(han)。然后在(zai)其背面再次清(qing)(qing)除(chu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)，進行(xing)(xing)補焊(han)，補焊(han)長度(du)應(ying)＞80mm。
5. 焊接不(bu)銹鋼復層時(shi)的注(zhu)意事項
a. 焊(han)接前應在坡口(kou)兩側各100mm范(fan)圍內，涂刷“防飛濺(jian)劑”，以(yi)防止飛濺(jian)沾污復層表面。
b. 焊(han)(han)接時采(cai)用小(xiao)熱輸(shu)入、快速焊(han)(han)、短(duan)弧焊(han)(han)、不擺動、多道(dao)焊(han)(han)的方法(fa)。
c. 嚴格控制道(dao)間(jian)溫(wen)度，不(bu)超過工藝(yi)要求。
三、焊后熱處理工藝的(de)制定
1. 封頭的(de)正火處(chu)理工藝
封頭在熱成形(xing)后，為了保證(zheng)基層(ceng)Q345R的設計強(qiang)度，需要(yao)進行(xing)恢復(fu)(fu)力學(xue)性(xing)能的正(zheng)(zheng)火(huo)處(chu)理(li)，Q345R的正(zheng)(zheng)火(huo)工(gong)藝要(yao)求溫度控制在880～940℃。封頭經(jing)過正(zheng)(zheng)火(huo)處(chu)理(li)后，對(dui)同(tong)爐母材試(shi)板進行(xing)力學(xue)性(xing)能分析和對(dui)復(fu)(fu)層(ceng)進行(xing)晶間腐蝕試(shi)驗，結果都達到了設計要(yao)求。
2. 筒片卷(juan)制后的熱(re)處理工藝
筒體壁厚(hou)大于圓筒內徑的3％時，應進行(xing)處理(li)(li)。筒體卷制(zhi)成形后，進行(xing)了消除(chu)卷制(zhi)應力的熱處理(li)(li)，其熱處理(li)(li)溫度(du)為（580±10）℃。
3. 設備的去應力熱(re)處(chu)理工藝
不銹鋼(gang)復合板的(de)(de)(de)焊(han)(han)后熱處(chu)(chu)(chu)理，要避免復層母材和焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)中(zhong)鉻碳化合物析(xi)出(chu)和形成(cheng)σ相，采(cai)用較低(di)的(de)(de)(de)熱處(chu)(chu)(chu)理溫(wen)度，即(ji)（580±10）℃的(de)(de)(de)退(tui)火工藝，保(bao)溫(wen)時(shi)間按正常(chang)所(suo)需時(shi)間進(jin)(jin)(jin)行(xing)保(bao)溫(wen)。由于錐(zhui)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)復層若(ruo)要在最后焊(han)(han)接(jie)，其焊(han)(han)接(jie)環境比較惡劣(lie)，所(suo)以(yi)把設(she)備分(fen)為上下兩段進(jin)(jin)(jin)行(xing)整(zheng)體(ti)(ti)熱處(chu)(chu)(chu)理，而在錐(zhui)體(ti)(ti)與筒體(ti)(ti)連接(jie)的(de)(de)(de)第二節筒體(ti)(ti)上進(jin)(jin)(jin)行(xing)收口，焊(han)(han)接(jie)完畢后，進(jin)(jin)(jin)行(xing)局部(bu)熱處(chu)(chu)(chu)理。
四、防止復層(ceng)損傷的幾項措施
1. 為(wei)了防(fang)止復合板的(de)損傷，應對(dui)復層用粘膠布進行保護；卷板時，對(dui)滾筒用麻(ma)繩或包不銹(xiu)鋼(gang)皮進行保護。
2. 起(qi)吊(diao)時用專用工裝卡(ka)具進行起(qi)吊(diao)。
3. 焊工在筒體內(nei)進行焊接(jie)時，必須(xu)穿布鞋(xie)或膠鞋(xie)。
五(wu)、根(gen)據設計圖樣(yang)的要求，焊(han)縫檢測質量應達到(dao)BI級
焊接完(wan)畢對(dui)設備縱、環焊縫(feng)進行100％的y射線檢測(ce)，焊縫(feng)一(yi)次(ci)合格(ge)率達到98％，未出現裂紋(wen)、未熔(rong)合等(deng)缺陷；對(dui)復層進行100％PT無損檢測(ce)，結果達到100％I級(ji)合格(ge)要求。對(dui)設備焊接試板進行了力學(xue)性能試驗，結果完(wan)全達到設計要求。
洗滌塔(ta)的(de)成功制作(zuo)，對設備(bei)制造廠家(jia)解決了大厚型不銹鋼復(fu)合板(ban)設備(bei)的(de)焊接技術(shu)和制作(zuo)積累了豐富的(de)經(jing)驗，對今后同類大型設備(bei)的(de)制作(zuo)有很好(hao)的(de)借鑒和指導意(yi)義。
