電阻焊（鈦/鋼復(fù)合單元）—火電煙囪防腐的選擇

李坤明，王愛(ài)如

（1.日本名古屋市SPF有限公司研發(fā)部，日本 467-0862；2.北京東方華坤環(huán)保科技有限公司，北京 100071）

隨著大眾環(huán)境意識(shí)的提高和國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，國(guó)內(nèi)新建火電工程都要求進(jìn)行煙氣脫硫(FGD)處理以治理大氣污染。雖然電阻焊鈦/鋼復(fù)合材是煙氣脫硫(FGD)煙囪的最優(yōu)選擇[1]，但在我國(guó)國(guó)內(nèi)還很少被認(rèn)識(shí)(2)。國(guó)內(nèi)鈦/鋼復(fù)合材造價(jià)高，工人作業(yè)環(huán)境劣，使用中的故障等固定意識(shí)還困擾著我們的決策。在這里，筆者介紹這項(xiàng)由日本SPF公司開(kāi)發(fā)，自1986年美國(guó)肯塔基州路易斯維爾天然氣和電力公司米爾克里克4號(hào)機(jī)組開(kāi)始，在美國(guó)9家電力公司10個(gè)電廠創(chuàng)造了11500m2的業(yè)績(jī)，在東南亞更有52813m2，在福建漳州后石電廠有33234m2的業(yè)績(jī)，實(shí)現(xiàn)了35年以來(lái)實(shí)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)故障的成熟技術(shù)——電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元。

本技術(shù)于1999年2月在日本，美國(guó)，韓國(guó)，中國(guó)，中國(guó)臺(tái)灣等12個(gè)國(guó)家和地區(qū)取得了專(zhuān)利。經(jīng)過(guò)35年的實(shí)際和經(jīng)驗(yàn)的積累，相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步被完善，于2014年10月取得了中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局ZL20140343151.2號(hào)實(shí)用新型專(zhuān)利。

1 電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元的特征

1.1 制造上的特征

復(fù)合單元由鈦板和鋼帶組成。鈦板和鋼帶通過(guò)連續(xù)電阻焊固定在一起。連續(xù)電阻焊又被稱(chēng)為縫焊。就像用縫紉機(jī)把兩枚布縫在一起一樣，連續(xù)電阻焊是利用兩個(gè)圓盤(pán)狀電極的上下加壓，電極間流過(guò)的電流加熱鈦板與鋼板的界面，電極的回轉(zhuǎn)使復(fù)合板向后移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)電阻焊接。圖1是焊接過(guò)程的示意圖。

1.2 構(gòu)造特征

1.2.1 厚度

煙氣環(huán)境下，鈦的腐蝕速率為0.0002mm/年。耐腐蝕性的鈦板的厚度可以在0.5mm～2.0mm之間選擇。1984年～2000年間美國(guó)的電廠和福建漳州后石電廠選擇1.6mm，最近國(guó)內(nèi)一般選1.2mm。鋼帶的厚度可以在0.5mm～6.0mm之間選擇[2]。由于鈦板的自重作用到煙囪內(nèi)壁的力矩等于鋼帶的厚度。因此，鋼帶的厚度越小內(nèi)襯鈦板受內(nèi)部氣壓變化造成的振動(dòng)的影響就越小。根據(jù)鈦板和鋼帶的厚度選擇合適的電流和加壓力進(jìn)行電阻焊接。

1.2.2 典型構(gòu)造

鈦板的尺寸任意。形狀也不受限制。對(duì)于煙氣脫硫裝置，通常使用2.4m×2.4m或1.2m×3.0m，1.2m×2.4m。

圖2 A構(gòu)造一邊有鋼帶的復(fù)合單元

A構(gòu)造，鈦板一邊有鋼帶固定。圖2給出了A構(gòu)造復(fù)合單元的反面和正面示意圖。

B構(gòu)造，鈦板兩邊有鋼帶固定。B-1構(gòu)造，鈦板兩對(duì)邊有鋼帶固定。B-2構(gòu)造，鈦板兩鄰邊有鋼帶固定。圖3給出了B-1構(gòu)造復(fù)合單元的正面示意圖。圖4給出了B-2構(gòu)造復(fù)合單元的正面示意圖。

圖3 B-1構(gòu)造兩對(duì)邊有鋼帶的復(fù)合單元

圖4 B-2構(gòu)造兩鄰邊有鋼帶的復(fù)合單元

C構(gòu)造，鈦板三邊有鋼帶固定。圖5給出了C構(gòu)造復(fù)合單元的正面示意圖。

D構(gòu)造，鈦板四邊有鋼帶固定。圖6給出了D構(gòu)造復(fù)合單元的正面示意圖。

連續(xù)電阻焊機(jī)可以方便地制作各種構(gòu)造的復(fù)合單元而不受尺寸限制。一邊有鋼帶固定的A構(gòu)造復(fù)合單元適合于煙囪防腐施工的交疊施工法。兩對(duì)邊與鋼帶通過(guò)連續(xù)電阻焊固定的B-1構(gòu)造復(fù)合單元適合于煙囪防腐施工的板條施工法。其他復(fù)合單元構(gòu)造可以根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的狀況分別使用。

圖5 C構(gòu)造三邊有鋼帶的復(fù)合單元

圖6 D構(gòu)造四邊有鋼帶的復(fù)合單元

1.2.3 構(gòu)造的特點(diǎn)

（1）鋼帶比鈦板的邊緣至少要突出15mm，見(jiàn)圖2-a的右下角標(biāo)示的尺寸。以便在后續(xù)施工過(guò)程中鋼帶/煙囪鋼內(nèi)壁的焊接不會(huì)損傷鈦板表面，不會(huì)降低鈦板的耐腐蝕性能。

（2）鋼帶的長(zhǎng)度要比所固定鈦板的邊短20mm，見(jiàn)圖2-a的左下角標(biāo)示的尺寸。以便在后續(xù)施工過(guò)程中鈦板/鈦板的焊接不會(huì)混入鐵鋼的成分，不會(huì)降低鈦板的耐腐蝕性能。

1.3 機(jī)械性能

日本SPF公司精力于各種耐腐蝕金屬與鋼的連續(xù)電阻焊復(fù)合工藝，近50年間建立了龐大的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

表1 連續(xù)電阻焊焊線的機(jī)械性能

中國(guó)國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心對(duì)日本SPF公司制造的連續(xù)電阻焊焊線的機(jī)械性能進(jìn)行了測(cè)試，表1給出了幾種組合的機(jī)械性能的測(cè)試結(jié)果。其中鈦/鋼復(fù)合材的剪切強(qiáng)度為241MPa～276MPa，滿(mǎn)足于＜鈦/鋼復(fù)合板＞GB8547-2006標(biāo)準(zhǔn)中9的BR2類(lèi)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的τ≧140MPa。彎曲試驗(yàn)和剝離試驗(yàn)也給出了良好的結(jié)果。

1.4 施工過(guò)程特征

根據(jù)電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元的構(gòu)造特點(diǎn)，日本SPF公司開(kāi)發(fā)出兩種后續(xù)煙囪的防腐施工方法。交疊法和板條法。

1.4.1 交疊法施工順序(A構(gòu)造，一邊有鋼帶的復(fù)合單元的利用)

圖7給出了交疊施工法連接的示意圖：

①單元1鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

②單元2的鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

③單元1鈦板與單元2鈦板之間鈦/鈦的搭接焊，縱向搭接焊焊縫與橫向電阻焊焊縫之間要錯(cuò)開(kāi)一定距離。這個(gè)距離要求大于鈦板厚度的2倍。

④單元3鋼板與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

⑤單元3鈦板與單元1，單元2鈦板的搭接焊。疊加部分蓋住電阻焊焊縫?？v橫焊縫的十字交差會(huì)產(chǎn)生焊接強(qiáng)度弱點(diǎn)。為避免強(qiáng)度弱點(diǎn)，橫向搭接焊焊縫與縱向搭接焊焊縫之間要錯(cuò)開(kāi)一定距離。這個(gè)距離大于鈦板厚度的2倍是比較安全的。

圖7 交疊施工法連接

1.4.2 板條法施工順序(B-1構(gòu)造，兩對(duì)邊有鋼帶的復(fù)合單元的利用)

圖8 板條施工法連接

圖8給出了板條施工法連接的示意圖：

①，②單元1的鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

③，④單元2的鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

⑤單元1的鈦板與單元2鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

⑥，⑦，單元3的鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

⑧單元3的鈦板與單元2鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

⑨，⑩單元4的鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

?，?單元5的鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

?單元5的鈦板與單元4鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

?，?單元6的鋼帶與煙囪內(nèi)壁之間鋼/鋼的焊接。

?單元6的鈦板與單元5鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

?鈦板條1與單元1，單元2的鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

?鈦板條1與單元4，單元5的鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

?鈦板條2與單元2，單元3的鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

?鈦板條2與單元5，單元6的鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

鈦板條2與鈦板條1的鈦板之間鈦/鈦的搭接焊。

2 電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元應(yīng)用的優(yōu)異性

2.1 制作過(guò)程的優(yōu)異性

使用正當(dāng)企業(yè)出品的1.0mm～1.6mm厚的冷延鈦板和0.5mm～6.0mm厚的磨光鋼板，電阻焊前不需要打磨，不使用化學(xué)藥品及其它前加工工序。

電阻焊過(guò)程不產(chǎn)生火花，粉塵，不發(fā)出噪音，不產(chǎn)生廢棄物，可以設(shè)置在城市中的工廠里。機(jī)械化程度高，工人作業(yè)環(huán)境清潔。連續(xù)電阻焊機(jī)占地面積僅有20m2，一般的工廠車(chē)間都可放得下。只要有電，可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，有水可以冷卻工作物就可以進(jìn)行生產(chǎn)制造。制造工期短，供貨及時(shí)。

復(fù)合單元的尺寸不受機(jī)器設(shè)備的限制，不規(guī)則的形狀也可以制作，施工設(shè)計(jì)自由度高。針對(duì)不同部位詳細(xì)，周密的設(shè)計(jì)，制作出相對(duì)尺寸的復(fù)合單元，可以不用進(jìn)行2次加工，大大提高后期現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

2.2 構(gòu)造上的優(yōu)異性

電阻焊復(fù)合單元構(gòu)造上來(lái)看，鋼帶比鈦板的邊緣至少要突出15mm，為鋼帶與煙囪內(nèi)壁的焊接留出了空間，以保證鋼的焊接不會(huì)損傷鈦板表面。鋼帶的長(zhǎng)度要比所固定鈦板的邊短20mm，以保證在后續(xù)施工過(guò)程中鈦板/鈦板的搭接焊不會(huì)混入鐵鋼的成分，不會(huì)降低鈦板焊縫的耐腐蝕性能。

電阻焊復(fù)合單元的鋼帶越薄，對(duì)煙囪自身造成的負(fù)擔(dān)越小。鈦板自重作用到煙囪內(nèi)壁的力矩等于鋼帶的厚度。鋼帶越薄，鈦板與煙囪內(nèi)壁間的距離越短，鈦板受內(nèi)部氣壓變化造成的振動(dòng)的影響就越小。電阻焊保證鋼板厚度可在0.5mm～6.0mm之間選擇。沒(méi)有必要因龍骨的厚度的困擾要在煙囪內(nèi)壁和鈦板之間填充振動(dòng)吸收材。

2.3 后期施工的優(yōu)異性

因?yàn)椴挥媒?jīng)過(guò)壓延軋制工程，制得的電阻焊復(fù)合單元維持著鈦板和鋼帶原來(lái)的厚度。固定到煙囪內(nèi)壁時(shí)，只需要鋼與鋼之間的直線對(duì)焊，鈦與鈦之間的直線搭接焊。不會(huì)因鈦板厚度不均勻造成焊縫夾渣缺陷。焊接工藝簡(jiǎn)單，可靠性高，有良好的可操作性并容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化焊接。

2.4 經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)異性

電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元制造簡(jiǎn)單，制造工藝靈活，制造成本低。施工方法簡(jiǎn)單，施工過(guò)程中鈦板的養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，施工工期短，施工成本低。約120000m2的業(yè)績(jī)和35年使用無(wú)故障的實(shí)際效果，維修費(fèi)用不要。

3 結(jié)語(yǔ)

電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元制造具有不產(chǎn)生火花，粉塵，不發(fā)出噪音，不產(chǎn)生廢棄物，不需2次加工的優(yōu)勢(shì)；電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元的制造具有不會(huì)因鈦板厚度不均勻造成焊縫夾渣缺陷，焊接工藝簡(jiǎn)單，可靠性高的優(yōu)勢(shì)；電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元的交疊施工法和板條施工法又具有不需要填充振動(dòng)吸收材的優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)內(nèi)煙氣脫硫處理要求的提高，電阻焊鈦/鋼復(fù)合單元作為最經(jīng)濟(jì)，最安全可靠，最具可操作性，制作和使用過(guò)程簡(jiǎn)單且最具有環(huán)保性的防腐方式，其具有的優(yōu)勢(shì)適合我國(guó)多，快，好，省，重效率的國(guó)情，建議推廣應(yīng)用。