焦碳塔焊接工藝

洪淑翠

【摘要】焦碳塔因其操作條件苛刻，制作塔體的材料冷裂傾向較大，而使其焊接困難。本文敘述了焦碳塔的焊接工藝，及焊接過程中的注意事項。

【關(guān)鍵詞】焦碳塔 焊接工藝 熱處理

1 前言

延遲焦化工藝是一種成熟的重油加工工藝，在渣油軟質(zhì)化工藝中占有重要地位。延遲焦化核心設(shè)備焦炭塔直徑多數(shù)為5400mm，少數(shù)為6000mm（6100mm），直徑最大的達(dá)到12200mm。本文所討論的焦炭塔，上段材料為復(fù)合鋼板15CrMoR+405；下段材料為15CrMoR，厚度為20/22/24/26mm。焦炭塔在焊接過程中，需焊前預(yù)熱，中間消氫處理，最后消除應(yīng)力熱處理?？紤]到運(yùn)輸原因，焦炭塔的施工分廠內(nèi)分段預(yù)制和現(xiàn)場組裝成形兩部分[1]。

2 施工方法和工藝流程

2.1 施工方法

針對焦炭塔的規(guī)格并充分考慮運(yùn)輸和現(xiàn)場場地情況，確定采取廠內(nèi)分段預(yù)制，現(xiàn)場組對安裝就位的方法。

廠內(nèi)預(yù)制：

①橢圓形封頭采用由成形的瓣片和頂圓板拼接制成，再組焊一代筒節(jié)成為一段，然后把封頭上的接管焊上，并經(jīng)無損檢測和外觀檢查合格后，進(jìn)行整體熱處理，然后運(yùn)到現(xiàn)場。

②筒體采用在廠內(nèi)下料、加工坡口、打頭、滾弧，卷制成筒節(jié)后，組焊成5段，經(jīng)無損檢測和外觀檢查合格后，分別進(jìn)行整體熱處理，然后運(yùn)到現(xiàn)場。

③錐體采用分三段組裝成形，錐體大端由成形的瓣片拼接焊制成形，其余兩段整體成形。錐體小端與出焦口焊接成形，成為一段，經(jīng)無損檢測和外觀檢查合格后，運(yùn)到現(xiàn)場；錐體其余兩段組焊成形，然后再組焊一代筒節(jié)并與裙座組焊成一體，成為一段，經(jīng)無損檢測和外觀檢查合格后，進(jìn)行整體熱處理，然后運(yùn)到現(xiàn)場。

④焦炭塔在廠內(nèi)預(yù)制，分段預(yù)制。

現(xiàn)場組裝：

①在現(xiàn)場的預(yù)制平臺上，先把錐體的兩段組焊成形，環(huán)縫經(jīng)無損檢測和外觀檢查合格后，進(jìn)行局部熱處理，然后采用吊車吊裝就位；封頭端和筒體的5段先組焊成三大段，經(jīng)無損檢測和外觀檢查合格后，進(jìn)行局部熱處理；然后下面兩段采用吊車吊裝分別與其下段組焊成形，最上面一段采用吊車吊裝與其下段組焊成形。

②焦炭塔在整體組裝成形后，對其空中組對環(huán)縫進(jìn)行無損檢測和外觀檢查合格后，進(jìn)行局部熱處理。

③焦炭塔整體檢查合格后，應(yīng)進(jìn)行水壓試驗；水壓試驗合格后，進(jìn)行除銹、防腐、交工。

④焦炭塔在現(xiàn)場組裝。

2.2 工藝流程

焦炭塔的施工，分廠內(nèi)預(yù)制和現(xiàn)場組裝兩部分。

3 焊接工藝及注意事項

3.1 焊接性能分析

3.1.1 焦炭塔所用材料的主要特點(diǎn)

15CrMoR鋼屬于珠光體耐熱鋼，由于含碳及合金元素較多，焊縫及熱影響區(qū)容易出現(xiàn)淬硬組織。當(dāng)焊件剛性較大及接頭應(yīng)力大時，容易產(chǎn)生冷裂紋。焊后熱處理過程中，易于產(chǎn)生再熱裂紋。

405鋼屬于鐵素體不銹鋼，鐵素體不銹鋼由于沒有相變，熱影響區(qū)950℃以上加熱部位晶粒長大，焊后熱處理不能使晶粒細(xì)化，所以接頭塑性、韌性急劇下降，其次鐵素體不銹鋼在600～800℃高溫長時間停留，會出現(xiàn)σ相脆性。鐵素體不銹鋼在400～600℃溫度區(qū)問長時間停留，會發(fā)生脆化，韌性大大降低，稱之為475℃脆化。

3.1.2 焊接焊接工藝措施

15CrMoR鋼的焊接工藝措施：

焊前對焊件進(jìn)行預(yù)熱，包括裝配點(diǎn)固焊前預(yù)熱，焊前應(yīng)經(jīng)150250℃預(yù)熱以及150～250℃層問保溫。焊接過程中，保持焊件溫度不低于預(yù)熱溫度[2]。悍接過程應(yīng)避免中斷，盡可能一次焊完。焊后應(yīng)使焊件緩冷，并進(jìn)行消氫處理。為了消除應(yīng)力，焊后須進(jìn)行熱處理。焊縫金屬化學(xué)成分及性能與母材相當(dāng)?shù)腞307B悍條。保持低氫狀態(tài)。

405鋼的焊接工藝措施：

必須選用小規(guī)范參數(shù)焊接，盡量縮短接頭高溫停留時間。焊后緩冷，容易出現(xiàn)475℃脆化，因此宜采用快速焊接或冷卻措施，提高600～400℃時冷卻速度。焊后經(jīng)685℃熱處理十空冷，可消除475℃脆化。采取150～250℃預(yù)熱，防止產(chǎn)生裂紋。

3.2 焊接工藝選用

3.2.1 焊前預(yù)熱

焦炭塔應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，熱處理溫度：690℃±10℃；焊前預(yù)熱溫度≥1500C，最高層問溫度≤2500C。

3.2.2 消氫處理

每焊完一條焊縫應(yīng)立即進(jìn)行消氫處理，消氫處理溫度為35000～40000，恒溫2小時。

3.2.3 焊后熱處理

熱處理保溫時間：2h。

3.3 焊接注意事項

焦炭塔的焊接工作應(yīng)由經(jīng)考試合格并持有相應(yīng)類別的“鍋爐壓力容器焊工合格證書”的人員擔(dān)任。在施焊前，應(yīng)清除坡口及其母材兩側(cè)表面50mm范圍內(nèi)（以離坡口邊緣的距離計）的氧化物、油污、熔渣及其他有害雜質(zhì)。復(fù)合鋼板在焊接復(fù)層前，應(yīng)使用不銹鋼絲刷來清掃焊渣等雜物，并用磁粉檢查基層表面，不得有微裂紋等缺陷存在。組焊時復(fù)層坡口及其母材兩側(cè)表面80mm范圍內(nèi)應(yīng)涂白堊粉，以防止飛濺物落在表面上。

當(dāng)焊縫需要返修時，應(yīng)按返修卡進(jìn)行。同一部位的焊縫返修次數(shù)不得超過兩次。返修應(yīng)在熱處理前進(jìn)行。在制造過程中，在所有Cr-Mo鋼表面暫時性裝配件（包括吊耳），都應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，去除后的表面應(yīng)打磨光滑并進(jìn)行磁粉檢測。所有與15CrMoR鋼基體相連接的零件（接管、支持板等）均應(yīng)在焊后熱處理前進(jìn)行焊接。

當(dāng)焊縫需要返修時，應(yīng)按返修卡進(jìn)行。同一部位的焊縫返修次數(shù)不得超過兩次。返修應(yīng)在熱處理前進(jìn)行。在制造過程中，在所有Cr-Mo鋼表面暫時性裝配件（包括吊耳），都應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱，去除后的表面應(yīng)打磨光滑并進(jìn)行磁粉檢測。所有與15CrMoR鋼基體相連接的零件（接管、支持板等）均應(yīng)在焊后熱處理前進(jìn)行焊接。

4 結(jié)論

焦炭塔雖屬一類容器，但操作條件苛刻，焊接質(zhì)量要求特別高，而15CrMoR+405屬于冷裂傾向比較大的材料，焊接比較困難，但是只要認(rèn)真進(jìn)行工藝評定試驗，找到最佳的施工方案，完全能獲得滿意的施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]顧一天.大型焦炭塔設(shè)計[C].延遲焦化技術(shù)交流論文選編.

[2]顧鈺熹.特種工程材料焊接[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1998.8.