化工分離器焊接技術(shù)的若干探討

摘要:對于厚板材質(zhì)的化工分離器的主體焊縫：筒體的縱縫、環(huán)縫以及筒體與封頭的環(huán)縫，采用了熔化極混合氣體保護自動焊打底、反面填充、蓋面，埋弧自動焊正面填充、蓋面的新的組合焊接工藝。克服了上述手工電弧焊存在的缺點，彌補了鎢極氬弧焊熔敷率低的不足。同時，熔化極混合氣體保護焊代替MIG焊，改善了焊縫的表面成形質(zhì)量、解決了TIG焊容易咬邊的問題，焊縫質(zhì)量也有很大的提高，達到了分離器焊接的質(zhì)量要求。產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)率與手工電弧焊及手工氬弧焊相比大為提高，獲得了良好的經(jīng)濟效益。通過焊接工藝評定和相關(guān)試驗研究，并將研究結(jié)果應(yīng)用于產(chǎn)品的焊接，獲得了滿足產(chǎn)品設(shè)計要求的焊接質(zhì)量，提高了生產(chǎn)率，同時減輕了施焊的勞動強度，取得了良好的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：MAG焊；埋弧焊；化工分離器

對于厚度為32mm、材質(zhì)為0Cr18Ni9的厚板不銹鋼筒體的縱縫、環(huán)縫，打底焊縫一般采用手工電弧焊或鎢極氬弧焊，填充、蓋面焊縫常用傳統(tǒng)的手工電弧焊。對于焊條手工電弧焊打底、填充和蓋面的焊接方法，每道焊縫焊后都需要清除焊渣。這不僅增加了輔助工時，而且由于焊渣清除不凈極易造成焊縫夾渣的缺陷。對于化工分離器重要部件的焊縫，需要對夾渣處進行挖補焊接，直至焊縫質(zhì)量達到設(shè)計要求。對于手工TIG焊，手工操作影響了焊縫質(zhì)量的再現(xiàn)性，另外，手工TIG焊和手工電弧焊的熔敷率低，焊接速度較小，生產(chǎn)率低。

一、生產(chǎn)分離器筒體結(jié)構(gòu)及焊接特點

1、分離器筒體結(jié)構(gòu)分離器筒體結(jié)構(gòu)。筒體材質(zhì):SUS304（0Cr18Ni9）；筒身直徑：950mm；筒節(jié)長度:1600mm；筒壁厚度：32mm；封頭長度：600mm；筒身總長約4400mm。

2、分離器焊接的質(zhì)量要求①GB150-1998《鋼制壓力容器》制造驗收條件；②對接焊縫無損檢測長度及合格標準：JB4730-94，100%焊縫長度射線探傷，Ⅱ級合格；③水壓試驗壓力:容器臥置10.5MPa；④內(nèi)外焊縫焊后打磨與母材面的平整度≤0.5mm；⑤不銹鋼內(nèi)外表面作酸洗鈍化處理。

二、化工分離器的焊接特性

1、大厚型化工分離器的焊接技術(shù)特點①對于大型化工容器的焊接，焊接工藝及工裝夾具的設(shè)計和應(yīng)用不可避免地造成焊縫存在較大的焊接應(yīng)力，焊后一般需要進行消應(yīng)力熱處理。②因為不銹鋼焊縫對氧化性氣體比較敏感，為避免焊縫形成氧化物夾雜，必須嚴格控制保護氣中氧化性氣體的含量（一般控制在2%左右），因（Ar+CO2）混合氣體焊接不銹鋼時，常引起增碳，故在設(shè)計混合氣體成分時不宜采用Ar+CO2，一般選擇Ar+O2。③可以看出:該化工分離器的筒體結(jié)構(gòu)為大厚型不銹鋼焊接結(jié)構(gòu)，焊接工作量、焊接難度都比較大。因此在焊接方法上采用MAG自動焊代替手工焊，保護氣體采用Ar+O2混合氣體（Ar98%+O22%）。與純氬相比，它能使熔融金屬表面維持表面張力小、電弧的電子發(fā)射能力強且有穩(wěn)定的含氧原子層，電弧陰極斑點穩(wěn)定，噴射過渡穩(wěn)定、熔滴直徑小、飛濺很少，焊縫深寬比恰當，焊縫表面成形美觀。

2、0Cr18Ni9不銹鋼焊接特點0Cr18Ni9不銹鋼與碳鋼相比有如下特點：①導(dǎo)熱系數(shù)為碳鋼的1/3；②電阻約為碳鋼的4倍；③線脹系數(shù)比碳鋼大40%，且隨著溫度的升高線脹系數(shù)相應(yīng)增加。

在不銹鋼焊接過程中，如果焊接材料選擇不當或規(guī)范參數(shù)控制不好，焊接接頭容易出現(xiàn)晶間腐蝕或熱裂紋等焊接缺陷。為減少晶間腐蝕，主要控制“貧鉻現(xiàn)象”產(chǎn)生，在焊接工藝方面就要合理選擇焊接材料成分并控制焊接過程中焊縫的冷卻速度。預(yù)防熱裂紋的主要措施是控制焊縫雜質(zhì)含量。對不銹鋼，過高的焊接熱輸入會擴大近縫區(qū)敏化溫度區(qū)間，最終導(dǎo)致焊接熱影響區(qū)耐蝕性的喪失。同時，較小的焊接線能量可降低冷裂傾向。所以在設(shè)計焊接工藝參數(shù)時要盡可能采用較高的焊接速度配合較小的焊接電流。

3、厚板坡口設(shè)計要點X型坡口角度太大，則需要填充的金屬增加，焊縫熱輸入也會隨之增加，影響焊縫質(zhì)量。角度太小焊縫就容易產(chǎn)生氣孔。因此X型坡口角度控制在70±5°為宜。一般在破口設(shè)計過程中，在相同厚度條件下不銹鋼的坡口角度比普通碳鋼要大7-10°。對于厚度為32mm的板材卷圓而成的縱焊縫、筒節(jié)間的環(huán)焊縫以及其中一個筒節(jié)與封頭的環(huán)焊縫的坡口均設(shè)計為X型坡口。反面坡口高度較小，有利于MAG焊打底、填充和蓋面，符合MAG焊電流較小、焊接質(zhì)量高的特點。正面坡口高度較大，充分利用埋弧自動焊電流大、焊接生產(chǎn)率高的特性。因為筒體無人孔，且筒體新開孔徑均小于310mm，故焊最后一道環(huán)縫時只能從筒體外面施焊，采用埋弧焊蓋面的焊接工藝，所以最后一道環(huán)焊縫坡口與前兩道環(huán)焊縫及縱縫的坡口不同，具體設(shè)計為帶環(huán)形墊圈的U型坡口，這不僅減少了焊接接頭的填充金屬和焊接工作量，同時可提高焊接接頭的焊接質(zhì)量。內(nèi)環(huán)縫增加的環(huán)形墊圈，材質(zhì)與筒體材質(zhì)相同，墊圈厚度為4mm，寬度為30mm。

三、厚板不銹鋼的焊接工藝評定試驗

1、試件的坡口設(shè)計及焊接材料選擇①試件坡口設(shè)計：工藝評定用的2個試件的坡口形式、尺寸和焊道設(shè)計，試件的材料與分離器筒體的材質(zhì)相同，為0Cr18Ni9不銹鋼。②焊接材料的選擇：MAG焊的焊絲選用H0Cr20Ni10，焊絲直徑為1.2mm。埋弧焊焊劑選用F308，焊絲直徑4.0mm，材質(zhì)為H0Cr21Ni10。填充焊絲Cr、Ni含量略高于母材，可使焊縫增加Cr、Ni成分，保證焊縫耐蝕性能。

2、焊縫質(zhì)量評定經(jīng)檢驗，焊縫表面成形良好，焊縫X射線探傷為Ⅰ級。焊縫金屬的抗拉強度為585MPa，延伸率為40.1%。可見焊縫金屬的抗拉強度、延伸率均與母材相當，符合設(shè)計要求。

四、焊接工藝設(shè)計和焊接質(zhì)量檢驗

1、分離器主體焊縫坡口預(yù)置縱縫及前兩道環(huán)焊縫的坡口尺寸為X型鈍邊坡口，反面V形夾角為65°，正面V形夾角70°，鈍邊高度為2mm。接頭間隙為0-2mm。最后一道環(huán)焊縫（筒節(jié)2與封頭4的接頭）的坡口接頭間隙為0-2mm，圓弧半徑R=6mm，夾角α=15°，鈍邊高度為2mm。坡口須用機械加工方法制作。對筒節(jié)的直焊縫制作引弧板、收弧板各一塊，其材質(zhì)、板厚、坡口尺寸要與相應(yīng)焊縫的母材相同，焊前隨焊縫同時進行表面處理。

2、焊前準備及部件裝配自動送絲MAG焊選用直流反接。坡口及附近30-40mm范圍內(nèi)進行表面處理，將濃堿盛在塑料盒內(nèi)，加50%熱水攪拌，用棉紗浸濕后，在需處理的表面或焊口揩擦呈白色，然后用清水沖洗、吹干。焊件組對：封頭與筒體組對的錯邊量b≤2mm，間隙0-2mm，棱角度E≤2.8mm。檢查并確定定位焊點環(huán)縫間距70-80mm，直縫間距為120-180mm，焊縫長度15-20mm，焊點高度為2-3mm。定位焊縫的起弧和收尾處應(yīng)圓滑過渡，以避免正式焊接時引起未熔合的缺陷。

3、現(xiàn)場工藝參數(shù)及施焊筒節(jié)的縱縫和前兩道環(huán)焊縫的焊接層次，最后一道環(huán)焊縫（筒節(jié)2與封頭4的接頭）的焊接層次，MAG焊的保護氣體流量為15-17L/min。焊縫的層間溫度控制在80°以下。

①對化工分離器的主體焊縫選用了熔化極混合氣體保護自動焊打底、反面填充、蓋面，埋弧自動焊正面填充、蓋面的新的組合焊接工藝?？朔耸止る娀『复嬖诘娜秉c，彌補了鎢極氬弧焊熔敷率低的不足。②熔化極混合氣體保護焊代替MIG焊，使焊縫成形的深寬比得到了控制。改善了焊縫的表面成形質(zhì)量、焊接過程中熔滴過渡平穩(wěn)，解決了TIG焊容易咬邊的問題，避免了手工電弧焊容易存在的夾渣問題。③檢驗結(jié)果表明，焊縫質(zhì)量達到了化工分離器的設(shè)計要求。④組合工藝的自動化程度及焊接生產(chǎn)率與手工電弧焊及手工氬弧焊相比大為提高，獲得了良好的經(jīng)濟效益。