小蘇打工序不銹鋼設備漏點補焊方法

周同利,周奧偉,李福令,武洪喜

(1.青島堿業發展有限公司,山東 青島 266043;2.濟南二機床集團有限公司,山東 濟南 250117)

青島堿業發展有限公司主要產品有小蘇打,小蘇打生產采用了公司自主研發的技術,可以生產高品質的低鹽、大顆粒產品小蘇打,在國內外主要占領高端市場,產品具有很高的知名度。

1 不銹鋼焊縫泄漏問題

小蘇打廠生產過程使用不銹鋼設備較多,不銹鋼管線也非常多,對于某些設備或者管線存在泄漏問題,常規的處理方法是在出現漏點的地方補焊一道焊縫,蓋住漏點位置即可。

但是,在小蘇打生產設備和管線中,這種補焊方式很難見效,在某些位置出現泄漏點后,在泄漏點位置補焊一道焊縫,蓋住漏點位置,過了一段時間,補焊后的新焊縫位置又慢慢出現滲漏,隨后逐漸擴大,又發展成新漏點了,在某些位置常規的補焊方式失效了。焊工師傅的描述為小蘇打不銹鋼焊“炸”了,即焊接后焊劑與母材不“聚”。

小蘇打NaHCO3弱堿性物質與不銹鋼304中的金屬元素發生了反應,在長期使用過程中,導致不銹鋼304金屬材料內部出現微孔或者細微裂紋,再次焊接時,焊劑與母材融合性能不好,再加上焊接熱量高溫的影響作用,加劇了微孔或者細微裂紋的擴大,導致再次焊接后仍然滲漏,這就是焊接失敗的主要原因。

2 改進分析

2.1 不銹鋼材料分析

小蘇打不銹鋼設備或者管線絕大多數采用了304不銹鋼,304為美國牌號,對應中國牌號為0Cr18Ni9不銹鋼。304不銹鋼是一種通用型的不銹鋼,廣泛地用于制作良好綜合性能(耐腐蝕和成形性)的設備和零部件。

316不銹鋼(0Cr17Ni12Mo2)具有耐腐蝕、耐高溫、加工硬化性好的特點,常用于化工設備、船用配件、食品加工機械設備、焊管、醫療器械等,主要用在防腐蝕要求較高的環境。但是,316不銹鋼每噸價格30 000元,價格昂貴,304不銹鋼每噸價格22 000元。性價比符合情況下,316材料也可以采用。

原來設備管線采用不銹鋼304材質,且設備和管線已安裝完畢,已經開始了小蘇打生產工藝過程,全部更換成本費用投資巨大,也不符合實際應用過程,只能以后分階段對部分管道逐步采用更高性能的316材料。

2.2 焊接工藝分析

焊機:化工生產現場只能采用普通手工電弧焊機或氬弧焊機,其它先進焊接技術在化工生產現場無法或者很難采用,焊機改進可能性不大。

焊條:A302焊條適用普通電弧焊機。采用普通常用的奧氏體302焊條,A302是鈦鈣型藥皮的Cr23Ni13不銹鋼焊條,A302熔覆金屬具有良好的抗裂性能及抗氧化性能,可交直流兩用,具有良好的操作工藝性能。不銹鋼304焊條適用于氬弧焊機。兩種焊接的焊條改進可能性不大。

3 補焊工藝改進

小蘇打不銹鋼設備或者管線漏點是因為金屬材料內部出現微孔或者細微裂紋,補焊時容易出現裂紋擴大等問題,當焊縫強度較高而母材強度較低時,容易產生剝離,尤其對于大面積的裂紋補焊是不容易獲得成功的,因此在制定補焊工藝時,盡量減小熔合比,調整熱影響區,松馳焊接應力,才能使的裂紋補焊獲得成功。

為此,專門針對小蘇打工序不銹鋼件的特點,制定專門焊接工藝,試驗焊接效果基本滿足要求,下面詳細介紹焊接工藝。

1)焊前預熱:用氣焊火焰加熱烘烤,焊前將接口周圍預熱,以縮小焊縫與不銹鋼件的溫差,減慢冷卻速度,防止熱影響區產生淬硬組織,起到防止裂紋的加劇擴大作用。

2)采用多層多道焊:多層焊時,與母材相連接的第一層焊縫質量十分關鍵,一定要細心施焊,主要原因也是為了分散熱量,關鍵是在焊口兩側與母材交界的那一層焊道上,要嚴格控制電流,運條要快,必須使焊縫與母材熔合良好。

第一道焊縫,采用氬弧焊焊接,不僅僅保證焊接效果,還防止焊渣掉入設備和管道內側,難以清除出來,進入生產系統,造成產品有黑渣等異物。

中間的焊道,其焊縫金屬的塑性會較好,可以采用手工電弧焊,當然也可以繼續使用氬弧焊,采取合理的焊接順序,還能有效地防止焊縫剝離。

3)錘擊焊縫:合理錘擊焊縫,是減少焊接應力的有效措施,錘擊焊縫使焊縫金屬延展,松弛焊接應力。

4)每層焊后清熔渣:應注意層間和道間清理,將焊縫表面熔渣、有害氧化物、油脂、銹跡等清除干凈后再繼續施焊,可以防止焊渣掉入設備和管道內側,造成產品有黑渣。

對接焊縫低于母材時必須再補焊。

5)焊接保溫:焊后立即在焊接區周圍保溫,用巖棉板等復蓋保溫使之緩慢冷卻,焊接后緩冷措施,能使工件與焊縫的溫差縮小,減慢冷卻速度,有效地防止裂紋的產生。

6)檢驗:焊接接頭進行外觀檢查,焊接表面不得有裂紋和夾渣,符合標準和有關規定。

4 不銹鋼材料補焊實例

4.1 熱堿液罐底板焊接

選擇熱堿液罐為代表的不銹鋼設備進行闡述,拆卸下來熱堿液罐底板的存在裂紋和微孔,在部分鋼板表面上清晰可見。

焊接方法:切割用等離子,加高壓空氣,等離子切割鋼板1 m×1 m,焊接采用氬弧焊,用氬氣保護焊接,氬弧焊焊條型號選用不銹鋼304焊條,焊接電流120～180 A,直接,對角燒焊。

焊接后,設備使用正常,滿足小蘇打生產工藝對設備的要求。

4.2 碳化塔塔體漏點焊接

碳化塔是小蘇打生產的主要反應設備,由碳酸鈉Na2CO3和二氧化碳CO2反應生成碳酸氫鈉NaHCO3,塔體位置出現漏點。

焊接方法:在塔體外側補焊一圈加強不銹鋼圈,把漏點位置徹底蓋住,全過程采用氬弧焊焊接,氬弧焊焊條型號選用不銹鋼304焊條,此法簡單易行,保證焊接效果明顯。

4.3 管道焊接實例

小蘇打生產的管道非常多,包括彎頭、三通及四通等連接點,在拐角位置因流體沖刷,更易造成漏點,是整個管道系統的最薄弱點,更需要關注,管道出現漏點的比例非常大,約占80%以上,焊接工作量非常大。

焊接方法:采用氬弧焊打底第一道焊縫焊接,焊條型號選用不銹鋼304焊條,第二道焊縫開始,再采用手工電弧焊機,焊條選擇A302不銹鋼焊條。

第一道焊縫,采用氬弧焊焊接,不僅僅保證是焊接效果,還因為不銹鋼焊條沒有外層藥皮,減少了藥皮焊渣掉入管道內側。

實用技巧1:因舊管道焊接性能差,易造成焊接后再漏,采取直接更換部分材料管子的方法,非常簡單,卻效果非常明顯。

在泄漏點位置處,更換一段新短節管道,長度約300 mm,新短節管道替換了漏點管道,所以焊接效果良好。

4.4 溫度測控點焊接

碳化塔溫度測控點等監測點,此位置由直徑大的管道和直徑小的管道交叉點,此處位置因流體沖刷,也易造成漏點,也是管道系統的一個最薄弱點。

焊接方法:采用氬弧焊打底第一道焊縫焊接,焊條型號選用不銹鋼304焊條,第二道焊縫開始,再采用手工電弧焊機,焊條選擇A302不銹鋼焊條。

實用技巧2:因舊管道焊接性能差,易造成焊接后再漏,在條件允許的有些位置采取了漏點處覆蓋一塊不銹鋼板,把該不銹鋼板焊接在設備上,再在該不銹鋼板上焊接溫度測控接管底座,這個方法簡單,效果明顯。

按照上述方法焊接后,小蘇打設備或者管線使用正常,絕大多數滿足小蘇打生產工藝對設備或者管線的要求。

5 結 語

采用以上工藝補焊后,經焊縫質量檢查,成形良好,沒有發現裂紋及滲漏現象,達到了質量要求,滿足設備使用要求。

通過補焊,證明選定的工藝方案是可行的,采用正確的焊接工藝規程,合理錘擊焊縫,調整焊接熱的輸入,可避免因熱應力誘發裂紋的產生,正確的焊前預熱和焊接后緩冷措施,可避免接頭產生淬硬組織,并有效防止裂紋的產生。