大型法蘭下料拼焊及外包哈氏合金焊接

匡 銀（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠(chǎng)，江西 貴溪 335424）

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大型法蘭下料拼焊及外包哈氏合金焊接

匡 銀
（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠(chǎng)，江西 貴溪 335424）

摘要：貴溪冶煉廠(chǎng)硫酸車(chē)間凈化工序中動(dòng)力波溢流堰與煙道過(guò)渡段采用了哈氏合金G-30進(jìn)行貼補(bǔ)防止腐蝕。本文主要介紹了過(guò)渡段法蘭的數(shù)控下料和焊接變形控制措施，通過(guò)對(duì)外包哈氏合金的化學(xué)成分分析，制定合理焊接工藝和方法，保證了焊接質(zhì)量，滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：大型法蘭；下料拼焊；哈氏合金；焊接；變形控制

1　引言

硫酸車(chē)間作為貴溪冶煉廠(chǎng)主生產(chǎn)車(chē)間之一，主要是利用閃速爐和轉(zhuǎn)爐的冶煉煙氣來(lái)生產(chǎn)工業(yè)硫酸，對(duì)于煙氣的除塵和降溫均采用了動(dòng)力波技術(shù)［1］。由于凈化工序［2］的主要設(shè)備均采用不同性能的FRP制作，為避免突發(fā)性事故時(shí)高溫?zé)煔鉄龎脑O(shè)備，系統(tǒng)在一級(jí)動(dòng)力波逆噴管頂部設(shè)置哈氏合金溢流堰、逆噴管中的事故噴嘴及事故高位槽等保護(hù)設(shè)施。而作為凈化工序中的動(dòng)力波設(shè)備上溢流堰與煙道過(guò)渡段的法蘭和內(nèi)襯長(zhǎng)期受到稀硫酸液體和高溫?zé)煔獾母g，年修檢查發(fā)現(xiàn)，破壞嚴(yán)重，需要更換，其中法蘭是厚度25mm的316L奧氏體不銹鋼，其直徑為Φ3168×Φ2014。由于年修時(shí)間短，臨時(shí)采購(gòu)成品316L奧氏體不銹鋼法蘭周期長(zhǎng)且不能保證耐腐蝕。為保證盡快完成年修恢復(fù)生產(chǎn)，硫酸車(chē)間委托我公司制作加工過(guò)渡段的316L奧氏體不銹鋼法蘭，其外表面包裹哈氏合金G-30。

2　大型法蘭的數(shù)控下料

法蘭下料時(shí)，考慮到鋼板的板幅寬度及材料的利用率，采用分瓣下料，然后進(jìn)行拼接，我們通過(guò)AutoCAD軟件分六瓣畫(huà)圖后保存為DXF文件，利用FastCAM軟件［3］排版，再用數(shù)控等離子切割機(jī)進(jìn)行切割下料。而對(duì)于外包的哈氏合金板的下料，我們采用激光切割機(jī)進(jìn)行下料并直接切割出法蘭孔。法蘭下料的排版方式及其切割順序ABCDA如圖1所示。

圖1　大型法蘭數(shù)控排版方式和切割順序

3　大型法蘭的焊接及校正

3.1焊接方法及材料

（1）與手工電弧焊相比，氣體保護(hù)焊可大大提高生產(chǎn)效率，降低焊工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省電能，原材料和工時(shí)，本次法蘭焊接采用MAG氣體保護(hù)焊。

（2）焊接材料選用KFW-316L焊絲（φ1.2）。

3.2焊前準(zhǔn)備

法蘭坡口型式為X型坡口，坡口角度為60°，見(jiàn)圖2。裝配時(shí)必須保證上下平整，坡口及坡口周邊20mm內(nèi)要清理干凈。禁止油脂污染防止焊接時(shí)引起氣孔和滲碳，必要時(shí)可用丙酮擦拭清理。

圖2　法蘭坡口及焊接順序

3.3焊接操作過(guò)程及工藝參數(shù)

（1）由于奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱率低，線(xiàn)膨脹系數(shù)大，在焊接過(guò)程中，局部加熱和冷卻，使接頭在冷卻過(guò)程中形成較大的拉應(yīng)力［4］。因此316L奧氏體不銹鋼的突出特點(diǎn)是對(duì)熱過(guò)敏，為防止產(chǎn)生熱裂紋［5］，我們?cè)诤附訒r(shí)不僅要選用合適的焊接材料，還要采用小電流、不擺動(dòng)、快速焊。同時(shí)為防止碳化物析出敏化及晶間腐蝕，應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度和焊后冷卻速度，要求焊后層間溫度控制在60℃以下，焊后必須立即水冷，既可增大接頭的冷卻速度，又可減少焊接應(yīng)力［6］。

（2）MAG焊接用保護(hù)氣體采用混合氣體，98％氬氣+ 2％氧氣。焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　MAG氣體保護(hù)焊焊接參數(shù)

3.4不銹鋼焊接變形控制工藝

（1）如前所述盡量采用小電流、不擺動(dòng)、快速焊工藝，在焊接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制焊縫熱量輸入，并合理控制焊后冷卻速度。

（2）采用合理的施焊順序如圖2所示，焊接時(shí)采取對(duì)稱(chēng)焊。每焊1～2層必須進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，防止角變形，同時(shí)采用工裝夾具來(lái)控制變形。

（3）通過(guò)壓力機(jī)，采用機(jī)械矯正法［7］矯正焊接變形，再經(jīng)過(guò)整圓車(chē)削滿(mǎn)足尺寸要求。

4　外包哈氏合金的焊接

4.1哈氏合金的特點(diǎn)及成分

通過(guò)車(chē)削、鉆孔等加工后，我們還要對(duì)法蘭進(jìn)行外包3mm哈氏合金板的焊接。作為焊接用的哈氏合金G-30是一種高含鉻量的鎳基合金，在抗氧化性方面非常出眾。同時(shí)也有很好的抗點(diǎn)蝕能力，加上少量的銅含量，增強(qiáng)了抗硫酸及氫氟酸的能力。G-30的焊接具有奧氏體不銹鋼相類(lèi)似的問(wèn)題，即具有較高的熱敏感性，氣孔生成機(jī)率較高，焊接區(qū)域產(chǎn)生晶間腐蝕傾向等。因此要根據(jù)哈氏合金的化學(xué)成分選擇合適的焊材ERNiCrMo-11即UNS N06030。哈氏合金G-30的化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2　哈氏合金 G-30板材的化學(xué)成分（％）

4.2哈氏合金的焊接工藝和方法

4.2.1焊前準(zhǔn)備

哈氏合金G-30焊接坡口區(qū)焊前準(zhǔn)備非常重要［8］。而哈氏合金G-30在焊接過(guò)程中對(duì)熱裂紋和氣孔非常敏感，因此焊接前需要對(duì)焊件及其坡口表面做仔細(xì)的預(yù)處理［9］。坡口的加工采用坡口機(jī)或砂輪打磨，坡口角度為60°～70°。用丙酮清洗焊絲表面、焊件坡口及其附近區(qū)域，確保表面無(wú)污物存在。在擦洗完后可用不銹鋼絲刷刷凈處理。

焊件組對(duì)前應(yīng)將坡口及其內(nèi)外兩側(cè)周?chē)謇砀蓛?，且不得有裂紋、夾層等缺陷。組對(duì)應(yīng)齊平，對(duì)口錯(cuò)邊量不應(yīng)超過(guò)壁厚的10％，組對(duì)間隙 1±0.5。只有通過(guò)將上下兩片哈氏合金法蘭和316L奧氏體不銹鋼法蘭用螺栓把緊后才能進(jìn)行定位點(diǎn)焊，點(diǎn)焊焊縫盡可能密而薄，同時(shí)為防止焊接變形進(jìn)行剛性固定如圖3所示。用120左右的槽鋼拉上支撐筋和工裝夾具，控制焊接變形。

圖3　法蘭剛性固定圖

4.2.2焊接方法選擇及工藝參數(shù)

G-30哈氏合金的焊接性能和普通奧氏體不銹鋼相似，焊接前必須要采取措施以使焊縫及熱影響區(qū)的抗腐蝕性能下降最小，因此我們采用手工鎢極氬弧焊（GTAW）。采用直流正接，鎢極為鈰鎢極，規(guī)格為Φ2.5mm，噴嘴直徑Φ12mm，氬氣純度為99.99％。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3　手工鎢極氬弧焊焊接工藝參數(shù)

4.2.3焊接要求及要點(diǎn)

（1）哈氏合金的焊接場(chǎng)地必須和碳鋼分開(kāi)，防止產(chǎn)生碳污染。而且焊前坡口及附近區(qū)域應(yīng)徹底清除一切油污、顏料、銹跡及其他雜質(zhì)，防止產(chǎn)生污染。

（2）焊前不需要預(yù)熱，引弧時(shí)只可以在即將焊接的焊縫區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，收弧時(shí)注意填滿(mǎn)弧坑，以免造成耐蝕性能的下降。

（3）哈氏合金與碳鋼、低合金鋼、不銹鋼相比，進(jìn)行氬弧焊焊接時(shí)，即使坡口和焊絲清理干凈，熔池邊緣表面也有一層薄狀氧化物［10］。因此焊縫在焊接后應(yīng)立即用不銹鋼鋼絲刷刷干凈，去除氧化部分。

（4）焊接全過(guò)程均宜采用短弧焊接，控制好層間溫度。通過(guò)控制較低的熱輸入量和熱輸入速度，同時(shí)可以采用水冷以防止熱裂紋的產(chǎn)生。

（5）所用鎢極應(yīng)避免與熔池和焊絲接觸，盡可能縮短電弧長(zhǎng)度，防止焊縫夾鎢。

4.3哈氏合金焊接檢查和檢驗(yàn)

4.3.1焊縫外觀(guān)質(zhì)量檢查

對(duì)焊縫進(jìn)行外觀(guān)檢查，焊縫表面不得有氣孔、裂紋、咬邊、夾渣及未融合等缺陷。確保焊接接頭成形良好，焊縫表面光滑。

4.3.2焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢查

焊縫的外觀(guān)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后，對(duì)焊縫進(jìn)行探傷檢查。主要采用著色滲透探傷和X射線(xiàn)探傷檢查，不得有未融合、裂紋等缺陷。

5　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)焊接后檢驗(yàn)，焊縫具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗晶間腐蝕性能，滿(mǎn)足了產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求和用戶(hù)要求。為確保工期的完成節(jié)約了大量的時(shí)間，保證恢復(fù)了生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)一年多的質(zhì)量跟蹤驗(yàn)證，設(shè)備運(yùn)行良好，焊縫耐腐蝕性能良好。

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Material cutting and welding for Large flange and Welding about its Hastelloy alloy lining material

KUANG Yin
（Guixi Smelter，Jianagxi Copper Corporation，Guixi 335424，Jiangxi，China）

Abstract:The dynamic wave overflow weir and flue transition section are coated with Hastelloy G-30 material for corrosion protection in purification process of Guixi Smelter sulphuric acid plant.In this paper， the measures about the NC material cutting and welding for transition section's flanges are mainly introduced.Through the chemical composition analysis about Hastelloy alloy lining，the welding process and method are formulated reasonably，welding quality is guaranteed，and the production requirements are meet.

Keywords:large flange；material cutting and welding；hastelloy alloy；welding；deformation controlling

中圖分類(lèi)號(hào)：TG44

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1009-3842（2016）02-0090-03

收稿日期：2015-11-30

作者簡(jiǎn)介：匡銀（1985-），男，湖南醴陵人，主要從事機(jī)械制造加工方面工作。E-mail:271368695@qq.com