浙江至德鋼業(yè)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(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)鍵是過渡層的焊接，其屬于異種鋼的焊接，焊接時要兼顧基層和復(fù)層2種不同鋼材的性能。應(yīng)選用合適的填充材料，同時要嚴格控制焊接熱輸人，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，可以減少過渡層與復(fù)層的填充金屬量，以提高效率，同時也減少復(fù)層焊縫的多次受熱，以免熔合線附近產(chǎn)生晶間腐蝕。
②. 焊接過渡層時熔合比小，可降低焊縫金屬的稀釋率，以保證過渡層焊縫性能。
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，焊接時應(yīng)嚴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間。不銹鋼復(fù)合板洗滌塔的焊材選用情況見表 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)見表5-55。焊接基層時的消氫溫度為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)計強度，封頭在熱成形后要進行恢復(fù)力學性能的正火處理；而不銹鋼的敏化溫度區(qū)間為500～800℃，若在此區(qū)間時間停留過長，則會導(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。為了保證過渡層和復(fù)層的焊縫質(zhì)量，在基層焊接完成后，進行封頭的成形和正火處理。在母材試板合格后，進行過渡層的焊接，復(fù)層的焊接在去應(yīng)力處理后進行，確保設(shè)備的焊接質(zhì)量。封頭的拼接工藝評定力學性能見表5-56。
②. 筒體焊接
筒體焊接時先進行內(nèi)側(cè)基層的焊接，采用埋弧焊焊接時應(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，焊接完畢后進行消氫處理；再從外側(cè)用碳弧氣刨進行清根，用角磨機打磨掉滲碳層；對外側(cè)進行基層的焊接，焊接完畢后進行消氫處理；對基層焊縫進行100％的RT無損檢測，RT合格后對復(fù)層側(cè)的基層焊縫余高進行磨平，再對基層表面進行100％PT無損檢測；再進行過渡層的焊接，待熱處理后進行復(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，同時從焊接工藝、焊接順序方面加以控制焊接變形，采用細焊條、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)力過大而引起焊縫開裂，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。基層焊后立即進行消氫處理和保溫緩冷，冷卻至常溫后對基層焊縫進行100％UT無損檢測。UT無損檢測合格后，再按要求進行過渡層的焊接和熱處理后進行復(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。采用對殼體開孔處的基層預(yù)先進行堆焊過渡層的工藝，焊接時采用短弧、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。焊接后進行保溫緩冷，冷卻至常溫后對角焊縫進100％UT無損檢測。
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，超出時應(yīng)予補焊。缺陷清除后，應(yīng)進行外觀檢查，要求表面光滑平整、過渡平緩，表面需作無損檢測。
b. 局部缺陷的返修
在焊縫缺陷返修前應(yīng)對返修周圍進行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～150℃，并應(yīng)用超聲波檢測儀測定缺陷深度，根據(jù)缺陷深度確定在哪一側(cè)返修，清除缺陷時，應(yīng)控制在鋼板厚度的2/3以內(nèi)（從返修側(cè)表面計算），若超過焊縫深度2/3仍殘留缺陷時，應(yīng)立即停止清除并進行補焊，補焊時應(yīng)采用多層多道焊，不需要擺動焊。然后在其背面再次清除缺陷，進行補焊，補焊長度應(yīng)＞80mm。
5. 焊接不銹鋼復(fù)層時的注意事項
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. 焊接時采用小熱輸入、快速焊、短弧焊、不擺動、多道焊的方法。
c. 嚴格控制道間溫度，不超過工藝要求。
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)計強度，需要進行恢復(fù)力學性能的正火處理，Q345R的正火工藝要求溫度控制在880～940℃。封頭經(jīng)過正火處理后，對同爐母材試板進行力學性能分析和對復(fù)層進行晶間腐蝕試驗，結(jié)果都達到了設(shè)計要求。
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，應(yīng)進行處理。筒體卷制成形后，進行了消除卷制應(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，保溫時間按正常所需時間進行保溫。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)備分為上下兩段進行整體熱處理，而在錐體與筒體連接的第二節(jié)筒體上進行收口，焊接完畢后，進行局部熱處理。
四、防止復(fù)層損傷的幾項措施
1. 為了防止復(fù)合板的損傷，應(yīng)對復(fù)層用粘膠布進行保護；卷板時，對滾筒用麻繩或包不銹鋼皮進行保護。
2. 起吊時用專用工裝卡具進行起吊。
3. 焊工在筒體內(nèi)進行焊接時，必須穿布鞋或膠鞋。
五、根據(jù)設(shè)計圖樣的要求，焊縫檢測質(zhì)量應(yīng)達到BI級
焊接完畢對設(shè)備縱、環(huán)焊縫進行100％的y射線檢測，焊縫一次合格率達到98％，未出現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷；對復(fù)層進行100％PT無損檢測，結(jié)果達到100％I級合格要求。對設(shè)備焊接試板進行了力學性能試驗，結(jié)果完全達到設(shè)計要求。
洗滌塔的成功制作，對設(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，對今后同類大型設(shè)備的制作有很好的借鑒和指導(dǎo)意義。
