【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 鑒于此部位焊縫形狀和焊接條件，一般選用焊條電弧焊 。 ④ 換熱管 管板焊接是 熱交換設(shè)備 的重要 焊縫 ，其焊接方法有焊條電弧焊、手工鎢極氬弧焊、全位置 自動(dòng)氬弧焊。焊條電弧焊是最早使用的焊接方法，其特點(diǎn)是效率高，但是質(zhì)量對(duì)比于其他兩種方法來(lái)說(shuō)要差很多，現(xiàn)在基本上已被淘汰。但是在某些特殊場(chǎng)合，如絲堵式空冷器，其管子 管板焊接必須通過(guò)管板前的絲堵板進(jìn)行焊接，這時(shí)只能用采用焊條電弧焊的方法，用小直徑焊條焊接，這對(duì)焊工操作技術(shù)要求很高，一般在焊前需要對(duì)焊工進(jìn)行專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)。 目前使用最廣泛，質(zhì)量最好的焊接方法為自動(dòng)氬弧焊。 本設(shè)備 中 換熱管 管板焊接 采用全位置自動(dòng)氬弧焊，焊接接頭形式 為角焊縫（ 圖 1050） 。焊絲直徑為 1mm，填絲焊兩道。 13 圖 105 加熱器換 熱管 管板接頭形式 ⑤ 耳 座與殼體焊接角焊縫屬非承壓焊縫，采用熔化極氣體保護(hù)焊 (保護(hù)氣體為純 CO2)，效率高，焊縫成形好。 TWE811B2 為焊材牌號(hào)，其焊材型號(hào)為 E81T1B2(AWS )。 第三節(jié) 低溫鋼 壓力容器 的焊接 一、 壓力容器用低溫鋼及其焊接特點(diǎn) GB1501998《鋼制壓力容器》附錄 C 規(guī)定，設(shè)計(jì)溫度低于或等于－ 20℃的鋼制壓力容器為低溫容器。 眾所周知，鋼材在低溫條件下工作時(shí)具有冷脆性 。 衡量低溫鋼性能的主要指標(biāo)是低溫韌性，即低溫下的沖擊韌性和脆性轉(zhuǎn)變溫度，鋼的低溫沖擊韌性越高，脆性轉(zhuǎn)變 溫度越低，則該鋼低溫韌性越好。鋼的成分和組織對(duì)低溫性能都有顯著影響，磷、碳、硅使 鋼的 脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，其中尤以磷、碳最為顯著，而錳和鎳會(huì)使脆性轉(zhuǎn)變溫度降低，對(duì)低溫韌性有利。鋼中含鎳量增高時(shí)，可以使 其 在更低的溫度下保持相當(dāng)高的沖擊韌性。一般來(lái)說(shuō)，具有面心立方晶格的金屬，其韌性隨溫度的變化極小， 188 型奧氏體不銹鋼就是由于具有面心立方晶格，故在很低的溫度下仍具有較高的沖擊韌性。此外，鋼的晶粒越細(xì)，低溫沖擊韌性越好。 低溫鋼就是通過(guò)嚴(yán)格控制鋼材中的碳、硫、磷含量或加入一些釩、鋁、鈦和鎳等合金元素，達(dá)到固溶強(qiáng)化、 晶粒細(xì)化之目的，并通過(guò)正火或正火 +回火處理來(lái)細(xì)化晶粒，使組織均勻化或使鋼具有面心立方晶格，從而使鋼在低溫下具有足夠的低溫韌性及抵抗脆性破壞的能力，以保證設(shè)備在低溫條件下能安全運(yùn)行。 低溫鋼一般可分為無(wú)鎳和含鎳兩大類(lèi)。無(wú)鎳鋼的最低使用溫度為 50℃，含鎳鋼最低使用溫度根據(jù)含鎳量的多少范圍在 60℃ ~196℃之間， 196℃以下則使用奧氏體不銹鋼 ，有關(guān)奧氏體不銹鋼的焊接在介紹不銹鋼焊接時(shí)再作詳細(xì)敘述，表 104 為部分典型的低溫鋼的低溫沖擊韌性指標(biāo) 。 表 104 部分典型的 低溫鋼的低溫沖擊韌性 鋼材牌號(hào) 使用狀 態(tài) 厚度 /mm 最低沖擊試驗(yàn)溫度/℃ AKV/J 16MnDR 正火 6 ~ 36 40 ≥ 24 36~100 30 15MnNiDR 正火，正火 +回火 6 ~ 60 45 ≥ 27 09MnNiDR 正火，正火 +回火 6 ~ 60 70 ≥ 27 14 鋼 (SA203B級(jí) ) 正火 ≤ 50 101 ≥ 20 50 ~75 87 對(duì)不含鎳的低溫鋼而言，由于其含碳量低，其他合金元素含量也較少，故其淬硬傾向和冷裂傾向都小，因而具有良好的焊接性能，一般可不預(yù)熱或用較低的 預(yù)熱溫度來(lái)進(jìn)行焊接，當(dāng)板厚較厚或低溫環(huán)境下焊接時(shí)，才需要一定的預(yù)熱溫度。所以，這一類(lèi)鋼焊接時(shí)，只要選擇相匹配的 焊材 和合適的工藝，保證焊縫及熱影響區(qū)的低溫韌性是不成問(wèn)題的。 含鎳低溫鋼由于添加了鎳，雖然對(duì)冷裂紋傾向影響不顯著，但卻增大了熱裂紋的傾向，必須嚴(yán)格控制鋼及焊材中的碳、硫、磷含量， 同時(shí) 采用合適的焊接規(guī)范，使焊縫有較大的焊縫成形系數(shù)，即避免形成窄而深的焊道成形截面，就可以有效地避免熱裂紋的產(chǎn)生。 總之，低溫鋼焊接的重點(diǎn)是保證焊縫及熱影響區(qū)獲得足夠的低溫沖擊韌性。 二、 壓力容器用低溫鋼焊材選用 （ 1）所選 用的 焊材 必須保證焊縫含有最少的有害雜質(zhì)（ S、 P、 O、 N 等），對(duì)于含鎳低溫鋼尤其要嚴(yán)格控制。 （ 2）選用的 焊材 應(yīng)保證焊縫金屬的低溫韌性。對(duì)于含鎳低溫鋼，選用的焊材的含鎳量應(yīng)與母材相當(dāng)或稍高。 三、 壓力容器用低溫鋼焊接要點(diǎn) （ 1）采用小的焊接 線能量 為避免焊縫及熱影響區(qū)形成粗大組織而使其沖擊韌性嚴(yán)重降低，焊接時(shí)必須采用較小的焊接 線能量 ，具體要求是，焊接電流不宜過(guò)大，焊條電弧焊時(shí)，焊條盡量不擺動(dòng)，采用窄焊道、多道多層焊和快速多道焊以減小焊道過(guò)熱，并通過(guò)多層焊的重復(fù)加熱作用細(xì)化晶粒。多層焊時(shí)要嚴(yán)格控制層間溫度。 （ 2）選擇適當(dāng)?shù)暮附铀俣? 對(duì)于含鎳低溫鋼進(jìn)行埋弧自動(dòng)焊時(shí)，切不可以提高焊接速度來(lái)獲得較低的焊接 線能量 。這是因?yàn)楫?dāng)焊接速度較高時(shí)，由于熔池形成典型的雨滴狀，且焊道成形變成窄而深的截面形狀，此時(shí)就易產(chǎn)生焊道中心的熱裂紋。所以，這類(lèi)鋼焊接時(shí)，焊接速度要特別選擇適當(dāng)，不可過(guò)小，也不可過(guò)大。 （ 3）避免咬邊缺陷 低溫鋼焊接時(shí)應(yīng)注意避免弧坑、未焊透及咬邊等缺陷，這些缺陷在低溫條件下，在應(yīng)力作用時(shí)，都會(huì)造成較大的應(yīng)力集中而引起脆性破壞。所以對(duì)于低溫壓力容器而言，不允許有任何尺寸的咬邊缺陷存在。 四、 低溫鋼壓力容器焊 接實(shí)例 15 直徑 4400mm，長(zhǎng) 90m， 壁厚為 34mm 的 乙烯精硫塔 （圖 106）， 設(shè)計(jì)溫度為 45℃。 因設(shè)備上管口、內(nèi)件眾多， 簡(jiǎn)圖中 只畫(huà)出部分 。 殼體材質(zhì)為 09MnNiDR，其主要承壓焊縫的焊接工藝見(jiàn)表 105。 圖 106 丙烯精餾塔簡(jiǎn)圖 表 105 丙烯精餾塔 焊接工藝 焊縫位置 焊接方法 焊接材料 說(shuō)明 封頭拼縫 殼體縱、環(huán)縫 SAW UNION S3 Si UV418TT ① 16 焊縫位置 焊接方法 焊接材料 說(shuō)明 現(xiàn)場(chǎng) 合攏焊縫 SMAW W707 ② 接管、人孔與殼體角焊縫 人孔筒體拼縫、 人孔筒體與對(duì)接法蘭環(huán)縫 SMAW R307 ③ 接管與法蘭環(huán)縫 GTAW UNION I Ni ④ 內(nèi)件與殼體內(nèi)壁角焊縫 GMAW (CO2 焊 ) THYSEN TG 50Ni E81T1Ni1 ⑤ 說(shuō)明： ① 殼程筒體直徑較小，焊工無(wú)法鉆入筒體內(nèi)焊接，故殼程筒體縱、環(huán)縫只能從外側(cè)施焊。同樣，由于該設(shè)備結(jié)構(gòu)方面的原因，殼程、管程筒體與管板的環(huán)縫焊接也只能從外側(cè)進(jìn)行。至于接管與對(duì)接法蘭環(huán)縫，本設(shè)備中接管規(guī)格為φ 273 12，亦無(wú)法從內(nèi)側(cè)施焊。以上焊縫需要單面焊，但又要保證質(zhì)量，選用 TIG 焊打底是 保證焊縫質(zhì)量最有效的方法。對(duì)于殼程筒體環(huán)縫，也可采用 GTAW打底， SMAW 再焊兩道，然后 SAW 焊剩余層的方法。 ② 盡管管程筒體直徑較小，但其長(zhǎng)度很短，管程筒體縱縫、管程筒體與法蘭環(huán)縫具備內(nèi)側(cè)焊條電弧焊的條件，故采用焊條電弧焊進(jìn)行雙面焊。 ③ 接管、整體法蘭與法蘭蓋、管板、殼體的角焊縫設(shè)備大合攏焊縫，鑒于此部位焊縫形狀和焊接條件，一般選用焊條電弧焊。 ④ 換熱管 管板焊接是熱交換設(shè)備的重要焊縫，其焊接方法有焊條電弧焊、手工鎢極氬弧焊、全位置自動(dòng)氬弧焊。焊條電弧焊是最早使用的焊接方法，其特點(diǎn)是效率高，但是質(zhì)量 對(duì)比于其他兩種方法來(lái)說(shuō)要差很多，現(xiàn)在基本上已被淘汰。但是在某些特殊場(chǎng)合，如絲堵式空冷器，其管子 管板焊接必須通過(guò)管板前的絲堵板進(jìn)行焊接，這時(shí)只能用采用焊條電弧焊的方法，用小直徑焊條焊接，這對(duì)焊工操作技術(shù)要求很高，一般在焊前需要對(duì)焊工進(jìn)行專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)。 目前使用最廣泛，質(zhì)量最好的焊接方法為自動(dòng)氬弧焊。本設(shè)備中換熱管 管板焊接采用全位置自動(dòng)氬弧焊，焊接接頭形式為角焊縫（圖 1050）。焊絲直徑為 1mm，填絲焊兩道 。 ⑤ 內(nèi)壁與殼體內(nèi)壁角焊縫，鑒于此部位焊縫形狀和焊接條件，一般選用焊條電弧焊。 第四節(jié) 不銹鋼 壓力容 器 的焊接 17 一、 壓力容器用不銹鋼及其焊接特點(diǎn) 所謂不銹鋼是指在鋼中加入一定量的鉻元素后，使鋼處于鈍化狀態(tài)，具有不生銹的特性。為達(dá)到此目的，其鉻含量必須在 12％以上。為提高鋼的鈍化性，不銹鋼中還往往需加入能使鋼鈍化的鎳、鉬等元素。一般所指的不銹鋼實(shí)際上是不銹鋼和耐酸鋼的總稱(chēng)。不銹鋼并不一定耐酸，而耐酸鋼一般均具有良好的不銹性能。 不銹鋼按其鋼的組織不同可分為四類(lèi)，即奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體一鐵素體雙相不銹鋼。 1. 奧氏體不銹鋼及其焊接特點(diǎn) 奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣泛的不銹鋼，以高 CrNi 型 最為普遍。目前奧氏體不銹鋼大致可分為Cr18Ni8 型、 Cr25Ni20 型、 Cr25Ni35 型。奧氏體不銹鋼有以下焊接特點(diǎn)： ① 焊接熱裂紋 奧氏體不銹鋼由于其熱傳導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，因此在焊接過(guò)程中，焊接接頭部位的高溫停留時(shí)間較長(zhǎng)，焊縫易形成粗大的柱狀晶組織，在凝固結(jié)晶過(guò)程中，若硫、磷、錫、銻、鈮等雜質(zhì)元素含量較高，就 會(huì) 在晶間形成低熔點(diǎn)共晶，在焊接接頭承受較高的拉應(yīng)力時(shí)，就易在焊縫中形成凝固裂紋，在熱影響區(qū)形成液化裂紋，這都屬于焊接熱裂紋。防止熱裂紋最有效的途徑是降低鋼及 焊材 中易產(chǎn)生低熔點(diǎn)共晶的雜質(zhì)元 素和使 鉻鎳 奧氏體不銹鋼中含有 4％ ~ 12％的鐵素體組織。 ② 晶間腐蝕 根據(jù)貧鉻理論，在晶間上析出碳化鉻，造成晶界貧鉻是產(chǎn)生晶間腐蝕的主要原因。為此，選擇超低碳 焊材 或含有鈮、鈦等穩(wěn)定化元素的 焊材 是防止晶間腐蝕的主要措施。 ③ 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂 通常表現(xiàn)為脆性破壞，且發(fā)生破壞的過(guò)程時(shí)間短，因此危害嚴(yán)重。造成奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的主要原因是焊接殘余應(yīng)力。焊接接頭的組織變化或應(yīng)力集中的存在，局部腐蝕介質(zhì)濃縮也是影響應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的原因。 ④ 焊接接頭的 σ 相脆化 σ 相是一種脆硬的金 屬間化合物，主要析集于柱狀晶的晶界。 γ 相和 δ相都可發(fā)生 σ相轉(zhuǎn)變。比如對(duì)于 Cr25Ni20 型焊縫在 800℃ ~ 900℃加熱時(shí)，就會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的 γ→δ轉(zhuǎn)變。對(duì)于 鉻鎳 型奧氏體不銹鋼，特別是 鉻鎳鉬 型不銹鋼，易發(fā)生 δ→σ 相轉(zhuǎn)變，這主要是由于鉻、鉬元素具有明顯的 σ化作用，當(dāng)焊縫中 δ 鐵素體含量超過(guò) 12％時(shí)， δ→σ 的轉(zhuǎn)變非常顯著，造成焊縫金屬的明顯的脆化，這也就是為什么熱壁加氫反應(yīng)器內(nèi)壁堆焊層將 δ 鐵素體含量控制在 3％~10％的原因。 2. 鐵素體不銹鋼及其焊接特點(diǎn) 鐵素體不銹鋼分為普通鐵素體不銹鋼和超純鐵素體不銹鋼兩大類(lèi)， 其中普通鐵素體不銹鋼有 Cr12 ~ Cr14 型，如 00Cr1 0Cr13Al； Cr16 ~ Cr18 型，如 1Cr17Mo； Cr25 ~ 30 型。 18 由于普通鐵索體不銹鋼中的碳、氮含量較高，故加工成形及焊接都較困難，耐蝕性也難以保證，使用受到限制，在超純鐵素體不銹鋼中嚴(yán)格控制了鋼中的碳和氮總量，一般控制在 ％ ~ ％、 ％、 ％ ~ ％三個(gè)層次，同時(shí)還加入必要的合金元素 以 進(jìn)一步提高鋼的耐腐蝕性和綜合性能。與普通鐵素體不銹鋼相比，超純高鉻鐵素體不銹鋼具有很好的耐均勻腐 蝕、點(diǎn)蝕及應(yīng)力腐蝕性能，較多的應(yīng)用于石化設(shè)備中。鐵素體不銹鋼有以下焊接特點(diǎn)： ① 焊接高溫作用下，在加熱溫度達(dá)到 1000℃以上的熱影響區(qū)特別在近縫區(qū)的晶粒會(huì)急劇長(zhǎng)大，焊后即使快速冷卻，也無(wú)法避免因晶粒粗大化引起的韌性急劇下降及較高的晶間腐蝕傾向。 ② 鐵素體鋼本身含鉻量較高，有害元素碳、氮、氧等也較多，脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，缺口敏感性較強(qiáng)。因此，焊后脆化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。 ③ 在 400℃ ~ 600℃長(zhǎng)時(shí)間加熱緩冷時(shí)，會(huì)出現(xiàn) 475℃脆化，使常溫韌性嚴(yán)重下降。在 550℃ ~ 820℃長(zhǎng)時(shí)間加熱后，則容易從鐵素體中析出 σ相，也明顯降低其塑、韌性。 3. 馬氏體不銹鋼及其焊接特點(diǎn) 馬氏體不銹鋼可分為 Cr13 型馬氏體不銹鋼、低碳馬氏體不銹鋼和超級(jí)馬氏體不銹鋼。 Cr13 型具有一般抗腐蝕性能，從 Cr12 為基的馬氏體不銹鋼，因加入鎳、鉬、鎢、釩等合金元素，除具有一定的耐腐蝕性能，還具有較高的高溫強(qiáng)度及抗高溫氧化性能。 馬氏體不銹鋼的 焊接特點(diǎn)： Cr13 型馬氏體不銹鋼焊縫和熱影響區(qū)的淬硬傾向特別大， 焊接接頭 在空冷條件下便可得到硬脆的馬氏體，在焊接拘束應(yīng)力和擴(kuò)散氫的作用下，很容易出現(xiàn)焊接冷裂紋。當(dāng)冷卻速度較小時(shí)，近縫區(qū)及焊縫金屬會(huì)形成粗 大鐵素體及沿晶析出碳化物，使接頭的塑、韌性顯著降低。 低碳及超級(jí)馬氏體不銹鋼的焊縫和熱影響區(qū)冷卻后，雖然全部轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體，但沒(méi)有明顯的淬硬現(xiàn)象，具有良好的焊接性能。 二、 壓力容器用不銹鋼焊材選用 1. 奧氏體不銹鋼焊材選用 奧氏體 不銹鋼 焊材 的選擇原則是在無(wú)裂紋的前提下，保證焊縫金屬的耐蝕性能及力學(xué)性能與母材基本相當(dāng)，或高于母材，一般要求其合金成分大致與母材成分匹配。對(duì)于耐蝕的奧氏體不銹鋼，一般希望含一定量的鐵素體，這樣既能保證良好的抗裂性能，又能有很好的抗腐蝕性能。但在某些特殊介質(zhì)中，如尿素設(shè)備的焊縫金屬是 不允許有鐵素體存在的，否則就會(huì)降低其耐蝕性。對(duì)耐熱用奧氏體鋼，應(yīng)考慮對(duì)焊縫金屬內(nèi)鐵素體含量的控制