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、不銹鋼復合板焊接性分析

  不銹鋼復合板焊接的最關鍵是過渡層的焊接，其屬于異種鋼的焊接，焊接時要兼顧基層和復層2種不同鋼材的性能。應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，防止筒體產生內棱角，避免焊縫內部存在過大的焊接應力；而環(huán)縫的基層采用UV形坡口，可以減少過渡層與復層的填充金屬量，以提高效率，同時也減少復層焊縫的多次受熱，以免熔合線附近產生晶間腐蝕。

     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層上，以保證復層的耐蝕性。

 2. 焊接材料選擇

   為了保證焊縫質量，焊接時應嚴格控制焊縫中有害雜質元素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。不銹鋼復合板洗滌塔的焊材選用情況見表 5-54 。

3. 焊接技術要求

   a. 焊接不銹鋼復合板洗滌塔所采用的焊接參數見表5-55。焊接基層時的消氫溫度為300～350℃／2h。

   b. 關鍵部件的焊接技術要求

    ①. 封頭拼接

      封頭拼接最為關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的設計強度，封頭在熱成形后要進行恢復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，則會導致復層晶界析出σ相，產生組織脆化，引起晶間腐蝕。為了保證復層的快速冷卻和基層的空冷，封頭熱壓成形后采用復層噴霧水的快冷工藝。為了保證過渡層和復層的焊縫質量，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，復層的焊接在去應力處理后進行，確保設備的焊接質量。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側基層的焊接，采用埋弧焊焊接時應預留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層上，焊接完畢后進行消氫處理；再從外側用碳弧氣刨進行清根，用角磨機打磨掉滲碳層；對外側進行基層的焊接，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合格后對復層側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，其預熱溫度應比殼體對接的預熱溫度要高，預熱溫度應控制在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，可以降低焊接殘余應力?；鶎雍负罅⒓催M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、拘束度和焊接應力都非常大，對不銹鋼之間的焊接也采取了預熱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

      缺陷經修磨清除后，修磨處的厚度不應小于設計厚度，磨除厚度應小于容器名義厚度的2％且不大1mm，超出時應予補焊。缺陷清除后，應進行外觀檢查，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對返修周圍進行預熱，預熱溫度為100～150℃，并應用超聲波檢測儀測定缺陷深度，根據缺陷深度確定在哪一側返修，清除缺陷時，應控制在鋼板厚度的2/3以內（從返修側表面計算），若超過焊縫深度2/3仍殘留缺陷時，應立即停止清除并進行補焊，補焊時應采用多層多道焊，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＞80mm。

 5. 焊接不銹鋼復層時的注意事項

  a. 焊接前應在坡口兩側各100mm范圍內，涂刷“防飛濺劑”，以防止飛濺沾污復層表面。

  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的設計強度，需要進行恢復力學性能的正火處理，Q345R的正火工藝要求溫度控制在880～940℃。封頭經過正火處理后，對同爐母材試板進行力學性能分析和對復層進行晶間腐蝕試驗，結果都達到了設計要求。

 2. 筒片卷制后的熱處理工藝 

    筒體壁厚大于圓筒內徑的3％時，應進行處理。筒體卷制成形后，進行了消除卷制應力的熱處理，其熱處理溫度為（580±10）℃。

 3. 設備的去應力熱處理工藝 

    不銹鋼復合板的焊后熱處理，要避免復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。由于錐體的復層若要在最后焊接，其焊接環(huán)境比較惡劣，所以把設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、防止復層損傷的幾項措施

 1. 為了防止復合板的損傷，應對復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. 焊工在筒體內進行焊接時，必須穿布鞋或膠鞋。

五、根據設計圖樣的要求，焊縫檢測質量應達到BI級

  焊接完畢對設備縱、環(huán)焊縫進行100％的y射線檢測，焊縫一次合格率達到98％，未出現裂紋、未熔合等缺陷；對復層進行100％PT無損檢測，結果達到100％I級合格要求。對設備焊接試板進行了力學性能試驗，結果完全達到設計要求。

  洗滌塔的成功制作，對設備制造廠家解決了大厚型不銹鋼復合板設備的焊接技術和制作積累了豐富的經驗，對今后同類大型設備的制作有很好的借鑒和指導意義。