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1、! .-/0#$ 1233+#/,+&%研究与应用!热加工焊接与切割#$%年第 &期!, #!#$ %&( )$ *$ 不锈钢复合板球罐焊接方法中冶天工钢构容器分公司! !山西太原!#8#( !韩丽娟!范绍林!税小勇!徐佩华!杨旭东! !摘要 !对_87% M#3/(P5 不锈钢复合板进行了焊接性分析及焊接工艺试验和评定! 以此确定出合理的焊接工艺! 达到了该种钢材球形储罐的设计要求图!复合钢板焊接接头状态基层与基层的焊接 !同材质&基层与复层 !过渡层 的焊接 !异种材质8复层与过渡层 复层的焊接!随着我国石油 化工 轻纺 冶金及燃气工业的飞速发展# 各类压力容器储罐的需求量不断增加# 压力
2、容器储罐的制造技术也随之不断创新和进步$ _87% M#3/(P5 不锈钢复合板 !下称复合钢板 用于压力容器储罐的制造# 既能保证储罐的使用强度# 又能满足储罐对耐蚀性的特殊要求# 并大大降低了材料的使用费用#降低了工程造价$ 但如果焊接材料选择不当或焊接工艺不正确# 极易产生晶间腐蚀与焊接裂纹等缺陷$ 尤其过渡层 !基层与复层之间的焊接# 如图 所示 是典型的异种钢焊接# 即奥氏体与非奥氏体钢的焊接$ 由于两种钢材的物理性能存在很大差异# 同时还存在以下情况*!爆炸复合后# 会给复合钢板表面及整体材料造成硬化现象$ 不锈钢层的热导率比低合金钢低# 线膨胀系数和电阻率也比基层大得多# 因而在
3、焊接过渡层时会引起较大的焊接应力和变形# 再加上焊缝与母材交界处的熔合区组织的不均匀性# 当这些现象组合叠加时更容易导致裂纹的产生$ 在制造江西某化工集团混合式球形储罐工程的施工中# 我们从焊接工艺试验和评定入手# 对焊接工艺方法 焊接质量和安全生产等方面进行了科学论证$一! 特点! 以工艺指导施工# 焊接方法简便# 操作容易#使焊接施工处于受控状态# 安全可靠$!& 能有效地控制复层焊接热输入# 防止晶间腐蚀与焊接裂纹的产生# 焊接质量得到了保证$!8 有效地减少了气孔和夹渣等焊接缺陷的产生#降低了焊缝缺陷的返修率$!7 不受焊件焊接位置的限制# 可进行全位置焊接$二! 适用范围适用于基层
4、!#7+的碳钢 低合金钢板 M复层 !#!7+的奥氏体不锈钢板 符合钢板材料的对接焊# 同时也适用于该种材料的补焊$三! 工艺原理为保证复合钢板焊接接头的组织及性能优良# 应使用三种焊条焊接# 即采用 9%#% 焊接基层 98#5)$ 焊接过渡层 98#()$ 焊接复层# 同时配合严格控制热输入等措施# 从而获得高质量的复合钢板焊接接头$四! 工艺流程坡口制备#清理焊接区域 ! 丙酮 机械法 #涂白灰 !坡口两侧%# )&#+处 #组对 定位焊#基层的焊接#基层背面清根#基层 !背面清根 处理后 的焊接#过渡层的焊接#渗透检测#复层的焊接#J.探伤#验收$!研究与应用.-/0#$ 1233+#
5、/,+&% !&$ #$%年第 &期#焊接与切割!#$ %&( )$ *$ 热加工五! 操作要点(焊前准备! 清理坡口及坡口两侧各$#+处# 去除污土水分 油污和氧化层等# 并涂白灰# 注意不要污染坡口$!& 被焊工件应垫稳$(组对# 定位焊! 坡口形式!复合钢板坡口及组对形式如图& 所示$图&!坡口及组对形式!& 组对要求!组对时要严格控制错边量# 如图8所示$图8!组对错边量!8 定位焊要求!定位焊应在基层上进行# 其焊缝要求每段长!&#+# 焊高!7+# 定位焊间隔为8# )7#+$ 定位焊要求单面焊双面成形# 不得有气孔 夹渣和未焊透等缺陷# 定位焊的两端应用砂轮磨成缓坡状# 以利于接
6、头$ 若发现定位焊缝出现裂纹或其他不允许存在的缺陷时# 应予以铲除# 并移位再焊$!(焊接! 焊接顺序!基层的焊接 !基层焊道根部或表面距离复层表面 )&+时停止焊接 详见图7$ 基层背面清根 !碳弧气刨 #焊接 !基层正 反面焊接完成#过渡层的焊接#渗透检测合格后#复层的焊接$图7!基层焊缝焊接层次!& 热输入的控制!控制热输入 降低热输入是保证复合钢板焊接质量的关键$ 各种焊接位置的焊接参数见表 )表7$!8 基层的焊接!焊接基层时# 其焊道不得触及和熔化复材$ 先焊基层时# 其焊道根部或表面应距复合界面 )&+$基层 !_87% 钢 的焊接已经有了成熟的焊接工艺#一般不会产生裂纹# 但为
7、了防止过大的焊接热输入对复层金属的影响 !因越往上焊接离复层#3/(P5 就越近#也应控制焊接热输入# 使其&(*SB+$ 其施焊方法为多表#平焊焊接参数焊接方法 焊条电弧焊焊接位置 平焊预热温度 )层间温度Ba基层!&%#过渡层和复层!%#清根方法 碳弧气刨消氢处理 )热处理 )接头形式简图*焊道 焊接方法 焊材型号 焊材规格B+ 电特性 焊接电流BC 电弧电压BO 热输入B*S+X 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反接 #- )& &$ )8# %& )&#& 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反接 (# )5# &( )8& &#& )&$8 )7 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反
8、接 (# )5# &( )8& &#& )&$% )- 焊条电弧焊 98#5)$ !7# 直流反接 % )%( 8& )8( 7& )( ) 焊条电弧焊 98#()$ !7# 直流反接 % )%( 87 )7# 8- )5! .-/0#$ 1233+#/,+&%研究与应用!热加工焊接与切割#$%年第 &期& #!#$ %&( )$ *$ 表#横焊焊接工艺规范焊接方法 焊条电弧焊焊接位置 横焊预热温度 )层间温度Ba基层!&%#过渡层和复层!%#清根方法 碳弧气刨消氢处理 )热处理 )焊道 焊接方法 焊材型号 焊材规格B+ 电特性 焊接电流BC 电弧电压BO 热输入B*S+X 焊条电弧焊 9%#
9、% !7# 直流反接 &5 )88 &$ )8# ( )(7& )8 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反接 (# )(5 &( )8# -( )&-7 )% 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反接 $% )$( &( )8& 8& )$ )( 焊条电弧焊 98#5)$ !7# 直流反接 %# )%8 8# )8( &8 )(75 )8 焊条电弧焊 98#()$ !7# 直流反接 8$ )7& 8# )7# 5 )%表!#立焊焊接参数焊接方法 焊条电弧焊焊接位置 立焊预热温度 )层间温度Ba基层!&%#过渡层和复层!%#清根方法 碳弧气刨消氢处理 )热处理 )接头形式简图*焊道 焊接方法 焊材
10、型号 焊材规格B+ 电特性 焊接电流BC 电弧电压BO 热输入B*S+X 焊条电弧焊 9%#% !8& 直流反接 &% )8# &$ )8# ( )$(& 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反接 8% )7# &( )8& 5& )&-58 )7 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反接 8% )7# &( )8& ( )$(% )- 焊条电弧焊 98#5)$ !8& 直流反接 5& )# 8& )85 ( )&%( )# 焊条电弧焊 98#()$ !8& 直流反接 5& )# 8& )85 ( )&%层焊# 在保证熔合良好的情况下# 焊接速度应快些 焊缝厚度薄些# 焊条可适当作锯齿或月牙形摆动
11、# 使坡口两侧熔合良好# 防止产生夹渣 气孔和未熔合等缺陷#层间温度控制在 &%#a为宜$ 焊接至离复层 !#b7+的#3/(P5 不锈钢复合层 & )8+时停止焊接# 见图7$ 冷却到#a时# 再用手砂轮将坡口内的飞溅 熔渣等清理干净# 以利于过渡层的焊接$!7 清根及焊接!复层侧基层焊完后在背面用碳弧气刨清根# 清根的深度应 %+# 宽度 #+# 然后用手砂轮打磨# 露出金属光泽# 焊接两层为宜$ 焊接时为防止局部温度过高# 可采用分段退焊 间隔跳焊等方法进行$ 焊缝外观也要求成形美观# 防止咬边缺陷的发生#如图% 所示$图%!基层清根及基层焊缝层次!研究与应用.-/0#$ 1233+#/
12、,+&% !& #$%年第 &期#焊接与切割!#$ %&( )$ *$ 热加工表&#仰焊焊接参数焊接方法 焊条电弧焊焊接位置 仰焊预热温度 )层间温度Ba基层!&%#过渡层和复层!%#清根方法 碳弧气刨消氢处理 )热处理 )接头形式简图*焊道 焊接方法 焊材型号 焊材规格B+ 电特性 焊接电流BC 电弧电压BO 热输入B*S+X 焊条电弧焊 9%#% !8& 直流反接 # )8# &$ )8# % )&%& 焊条电弧焊 9%#% !8& 直流反接 &# )8% &$ )8# (- )&7(8 )7 焊条电弧焊 9%#% !7# 直流反接 8# )7% &$ )8# (- )&7(% )- 焊条
13、电弧焊 98#5)$ !8& 直流反接 # )#$ &( )8% 58 )85( ) 焊条电弧焊 98#(R$ !8& 直流反接 #7 )#- 8# )8( )-7! !% 过渡层的焊接!基层与复层之间的过渡层是复合钢板焊接的关键$ 焊接过渡层时# 要在保证熔合良好的前提下# 尽量减少基材金属的熔入量# 即降低熔合比# 这就应采用较小直径的焊条# 过渡层的厚度应$&+$ 完成异种钢的焊接必须严格控制焊接热输入# 使其&#*SB+# 层间温度控制在!%#a# 严格执行一层三道的焊道排列形式# 即先在坡口的两侧各堆焊一道焊道# 然后再进行连接 !焊接# 见图$图$!过渡焊层的焊接顺序排列施焊时#
14、严格遵守适中焊接电流# 在熔合良好的情况下# 焊接速度应尽量快些# 焊条不摆动# 电弧不宜太长或太短# 太长或太短都将影响电弧的搅拌力# 影响渣与气体上浮# 易产生夹渣和气孔等缺陷# 焊道距复层表面% )&+# 也用手砂轮磨平# 以利于复层 !盖面层的焊接$!$ 复层的焊接!焊完过渡层&7c 后进行 F.! 渗透 检测# 合格后再进行复层的焊接$ 复层焊缝表面应尽可能与复层表面保持平整光顺$ 复层的焊接也要严格控制热输入 !&#*SB+# 施焊时也采取一层多道焊接法$ 在保证熔合良好的情况下# 焊接速度宜快不宜慢#焊条可作划圈式运动# 以防止产生咬边等缺陷# 从而使复层焊接成形 !即盖面焊 良
15、好# 圆滑过渡$ 焊缝余高应!%+# 接头部位超高部分应磨去# 填满弧坑$ 层间温度控制在%#a以下# 如图- 所示$图-!复层焊接顺序及成形!- 球罐产品焊接试板的焊接!产品焊接试板的工艺条件应与球罐相同# 并应由焊接该球罐的焊工与该球罐焊接同时进行$!( 焊缝毕莘敌?当发现焊接接头有不允许存在的缺陷时# 应将缺陷清除干净# 并按有关返修工艺的要求进行返修$同一部位缺陷的返修次数原则上不超过两次# 经两次返修仍不合格者# 若再要进行返修# 需经施工单位技术总负责人批准$ 返修部位 缺陷类型及尺寸 返修次数及情况等# 应记入球罐产品质量档案$&(施焊中的注意事项! 注意复层面 !#3/(P5
16、不锈钢表面 的保护#在焊缝坡口两侧&#+处涂白灰# 防止焊接飞溅物损伤复层表面$!& 施焊时搭接地线应接触牢固# 严禁在坡口以外! .-/0#$ 1233+#/,+&%研究与应用!热加工焊接与切割#$%年第 &期&! #!#$ %&( )$ *$ 打火引弧$!8 严格焊条使用管理# 防止各层焊接时错用焊条$ 严格控制焊条烘干温度# 同批已烘干过的焊条# 不得连续烘干两次$!7 严格控制热输入# 控制层间温度# 可防止晶粒长大$!% 表面焊缝要圆滑过渡# 两相邻焊道之间的凹下量不得Q%+# 焊道间搭接焊道的平面度在试件范围内不得超过%+# 这对提高球罐的使用强度 降低焊接应力有好处$!$ 正确选
17、择焊接电流与焊接速度十分重要$ 焊接电流过大时# 易使焊条发红 药皮脱落# 影响正常焊接#同时也易使合金元素氧化烧损 含量降低# 母材稀释熔合比增大# 产生裂纹倾向( 焊接电流过小易造成夹渣未熔合等倾向# 降低球罐强度$ 因此# 我们认为在焊接电流适中# 并在保证熔合良好的情况下# 焊接速度应快些$)(焊后清理焊后应仔细清理焊件表面的焊渣 焊溜 飞溅物及其他污物# 必要时应对焊缝进行局部修整$*(焊工钢印焊后清理完毕# 应在基层焊缝附近较明显的部位打上焊工印记 !包括焊接基层与复层的焊工印记# 以备日后查考$六! 焊接材料! 复合钢板!所用复合钢板的力学性能与化学成分必须符合国家现行的有关规程
18、$ 所用复合钢板必须有出厂合格证与材质书# 并符合工程技术要求$ #所用复合钢板到场后按国家现行有关标准进行复验$ $做好现场符合钢板的保管与发放工作$!& 焊接材料!所用焊接材料必须有出厂合格证与材质书$ 所用焊接材料必须与被焊复合钢板相匹配$#所用焊接材料必须按说明书的要求进行烘焙处理$ $所用焊接材料必须按规定使用与保管# 严禁混类$七! 机辅具和设备选用焊接性能好的 W,-)7# 型逆变焊机# 直流反接$ 等离子弧切割设备 角向砂轮 焊条烘干箱 焊条保温桶 空压机 不锈钢丝刷 大锤 铜锤和扳手等机辅具应保持完好的工作状况$八! 质量保证措施(规范标准! 球形储罐施工及验收规范应符合 A
19、%#57)55( 标准$!& 钢制球形储罐应符合A&88-)55( 标准$!8 压力容器用爆炸不锈钢复合钢板应符合 SA7-88)55$ 标准$!7 钢制压力容器焊接工艺评定应符合 SAB.7-#()&# 标准$!% 钢制压力容器焊接规程应符合 SAB.7-#5)&# 标准$!$ 承压设备无损检测应符合SAB.7-8#)&#% 标准$!- 压力容器用钢焊条订货技术条件应符合 SAB.7-7-)&#& 标准$!( 山西省建筑分项工程工艺规程 焊接工程晋建标字 !55& 7( 号$(质量保证措施! 严格执行总公司的质量保证手册和程序文件#杜绝各种违反施工工艺的行为$!& 明确各工序质量职责# 层层
20、把关# 落实到人$!8 焊接人员 质检人员必须持证上岗$!7 做好焊接工艺评定# 确定焊接参数$!% 做好焊工的现场试焊考核工作$!$ 严格焊接质量# 做好焊接施工日记# 整理好焊工焊接档案$九! 劳动组织与安全措施(劳动组织带班长一人# 焊工$ 人# 铆工$ 人# 起重工& 人#检查人员8 人# 电工& 人# 安全员 人$(安全措施现场焊接# 施工人员除应严格执行国家现行 ,建筑安装工程安全技术规程- 以及现场有关安全技术措施和规定外# 特强调以下几点*! 球罐内焊接施工# 弧光强# 焊接烟雾较大# 施焊人员更应注意劳动安全防护$!& 脚手架要搭设牢固# 跳板要捆牢# 且每一作业面保证足够的
21、宽度并设置护拦及安全网$ 施焊人员要佩戴合格的防火安全带$ $下转第7$ 页%!研究与应用.-/0#$ 1233+#/,+&% !&* #$%年第 &期#焊接与切割!#$ %&( )$ *$ 热加工相同# 即母材为贝氏体 M马氏体# 热影响区为贝氏体 M马氏体# 焊缝为奥氏体( 无论是采用交流或直流焊接#其热影响区和焊缝的组织未发现变化# 表明焊接电特性没有改变热影响区和焊缝的组织结构$表$#焊接接头的金相组织序号 焊接方法 焊接材料 母材 热影响区 焊缝 ECD !交流 9JP3/3/3/3/钢焊接接头的小负荷维氏硬度$ 表 焊接接头的硬度测量结果表明# 7 种工艺评定试样的硬度分布基本相同
22、# 焊缝区硬度较低# 热影响区较高# 焊接电流的变化对硬度没有影响$表#焊接接头的硬度56$()序号 焊接方法 焊接材料 母材 热影响区 焊缝ECD !交流 9JP3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/3/钢进行交流和直流埋弧横焊是可行的$!& 采用不同焊接电流类型及不同的焊丝# 其焊缝的强度都高于母材标准值# 焊缝和热影响区 X5$a的冲击值也高于标准值# 满足使用要求$!8 5P钢低温储罐焊接中# 不同焊接电流类型及不同的焊丝# 对热影响区 焊缝的组织结构和硬度没有影响$!&#(#%$上接第78 页%!8 电器设备的安装要符合安全要求# 并定期对电器设备接头及接地装置进行检查
23、# 罐内照明电压&O$!7 球罐施工时要设专人监护# 及时制止和纠正违章作业$!% 每天召开班前安全 质量会并作好记录# 定期对施工现场进行清理# 坚持安全生产和文明施工$十! 工程实例和效益分析具体工程实例见表%$表#)时间 地点 工程名称 球罐技术参数&#-5 )&#-&江西南昌市!星火有机硅厂搬迁改造项目不锈钢复合板球罐工程& 台$%#+8#!#-+#重量8(%B台虽然国内应用_87% M#3/(P5 不锈钢复合板制造压力容器产品已很广泛# 但制造球形储罐国内还尚属空白$ 该工艺方法的成功# 不但填补了国内应用该材料制造球形储罐的空白# 而且为国家节约了大量资金# 同时也为企业赢得了良好的经济效益和社会效益$ !&#(#&5
