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钢制压力容器焊接与热处理

  
评论: 更新日期:2015年05月12日

  钢制压力容器制造中,焊接技术是极为关键的一项技术,文章综合理论与实际两大方面,对钢制压力容器(尤其是不锈钢复合钢板制压力容器)设计中的焊接工艺及热处理工艺展开了详细论述,强调了焊接质量的重要性,对钢制压力容器的设计与制造,都有一定的指导意义。
    焊接,是涉及、生产及安装压力容器中非常重要的一项技术,设计时焊接接头的正确选用及制造中焊接质量的优劣,都会对压力容器的工作及使用寿命产生决定性影响,甚至还可能会危及人类的生命、财产安全。从这点来看,压力容器的焊接质量,既是个安全性问题,同时也是个经济性问题。
    1.不锈复合钢板焊接工艺
    通过翻阅与焊接相关的资料,以及开展焊接性试验,根据NB/T 47015-2011《压力容器焊接规程》,SH/T 3527-2009《石油化工不锈复合钢板焊接规程》,GB/T 13148-2008《不锈钢复合钢板焊接技术要求》等标准来对焊接工艺进行评定,接焊缝焊后RT探伤、晶间腐蚀试验及力学性能试验等项目都应严格符合标准及需求。焊接工艺最终的评定结果将被作为制定产品施焊工艺的重要依据。
    1.1.焊接方法
    不锈复合钢板已有多种较为成熟的焊接方法,大体可分为焊条电弧焊、钨极氩弧焊、埋弧焊等。有些换热器的管箱与浮头盖都是复合材料,没有很大的焊接空间,直焊缝不长,可进行双面焊,对于这类换热器产品,采用焊条电弧焊方法更为合适,这样不仅能提升焊接质量,同时还可压缩成本,其操作较为灵活,几乎不受工件形状与焊接位置的影响。
    1.2.焊接材料的选择
    焊材的选择,应根据基层等强度和复层保证耐蚀性等原则进行。
    1.3.焊接设备与环境
    通常可选择直流焊机,基层、复层及过渡层这3种焊缝均可选择焊条电弧焊。所采用的钢丝刷、扁铲等工具都,都应是不锈钢材料。焊接应在0 ℃以上的环境下进行,同时现场还应采取必要的防风措施。
    1.4.焊接坡口与接头组对
    1.4.1.坡口
   选用坡口形式时,应充分考虑焊接渡层的特点,焊接顺序应依次为焊基层、渡层到复层,,要尽可能不对复层进行焊接或进行少量焊接,同时还应避免复层焊缝被多次受热,从而逐步增强复层焊缝的耐腐蚀性能,该坡口形式还能有效降低设备内部的铲磨工作量。
    1.4.2.组对
    焊件组对时,应以复层为参考对齐,复层错边量过大,会降低复层焊缝的质量,为此我们应将错边量控制在0.5 mm范围内。
    1.4.3.定位焊
    对接焊时,只可在基层使用E5015焊条来点焊。点焊工装夹具也只可焊在基层的某一侧,且材质要和基层一致,然而使用E5015焊条进行焊接。去除工装时,应避免基层金属破损,同时焊接处还应进行打磨,使之保持光滑。
    1.4.4.焊接工艺参数
    不锈复合钢板焊接工艺如下表。电流极性都是直流反接。
    钢制压力容器焊后热处理
    2.1. 钢制压力容器焊后热处理的条件
    2.1.1.高压容器、储存容器、中压反应容器以及移动式压力容器等,都应进行炉内整体热处理。其他压力容器可直接进行整体热处理。大型压力容器,可选择分段热处理,其重叠热处理部分长度应大于1500 mm。炉外部分还必须采取相应的保温措施。
    2.1.2.环向焊接接头、筒体、接管或封头经过修补后,可选择局部热处理。局部热处理的焊缝应包含整条焊缝。焊缝每侧加热宽度应超过母材厚度的两倍,焊接接管和壳体时,加热宽度应大于两者厚度的六倍。如果壳体靠近加热部位,还必须采取相应的保温措施,避免产生过大的温度差。
    2.2.焊后热处理方法
    2.2.1.整体热处理
    整体热处理通常会采用烧嘴加热,有时也会采用电加热方式,通常在直径与容积不大的压力容器现场返修后的热处理中应用较多。运用烧嘴加热时,通常在容器的开口处会放置1个或多个燃油、燃气烧嘴,通过强制对流来对容器壳体进行均匀加热。容器外表面还会铺设一层保温层,其目的是为了避免热扩散,使壳体能够升温、加热温度能保持均匀以及维护施工安全等。国外则更常采用高速燃气烧嘴,其燃料通常是液化石油气或者城市煤气。
    2.2.2.局部热处理
    局部热处理对大型压力容器等更为适用,这些容器通常无法进行整体加热或在运输方面存在较大限制,而不得不使用现场安装的筒体、管道或进行焊接环缝,或是对焊接区进行局部修补等。局部加热一般都会产生较大的热应力,为避免该种热应力产生不利影响,我们通常会对压力容器筒体、接管的整体焊接区及其周边环形带展开焊后热处理,具体的操作规范可参考国内压力容器制造标准。局部热处理也有多种加热方法,国内外较常选择电加热方式,这是由于电加热更容易控制,施工起来也更为简单。
    2.3.不锈钢复合钢板焊后热处理
    焊后热处理按设计要求进行。焊接残余应力,推荐采用机械方法去除。当采用热处理的方法消除焊接残余应力时,推荐在过渡层焊接之前进行。当复材不锈钢有晶间腐蚀倾向检验要求时,热处理温度不超过其敏化温度。
    例如:复合板基层Q345R厚度40mm,根据GB150标准需做焊后热处理。根据HG20584-2011表6-1,热处理温度可选用550℃。保温时间按总厚度计算。对复层304材料耐晶间腐蚀性能影响不大。目前涉及制造的多台设备基层厚度>100mm,材料为SA516 Gr.70+304或316L复合钢板的容器,由于较厚,热处理温度选用600℃,复层接头都能通过晶间腐蚀试验(试验标准:GB/T4334.5-2000)。

    总之,压力容器属于一种典型的焊接成型设备,焊接作为其最为主要的制造方法,焊接质量与整个设备的产品生命周期息息相关。钢制压力容器的焊接及热处理都应遵守国内的相关规定,从焊材选用到焊接方法的选择等方面,都应符合国内的工艺标准及要求,如运用焊后热处理以外的其他方法来消除应力,还应按要求办理审批手续。
 

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