钢板焦炭塔现场组焊施工技术要求

浅谈铬钼钢及其复合钢板焦炭塔现场组焊施工技术要求中国石化集团第五建设公司曾永德内容摘要•随着石油、化工行业的不断发展，石油化工设备越来越大型化，造价也越来越高。铬钼钢及铬钼复合钢材料具有合金元素含量少、价格便宜，同时还具有良好的工艺性能和物理性能等优势，近年来被广泛用于石油、化工等行业。由于运输条件的限制，许多大型压力容器的组焊工作必须到施工现场完成。大型压力容器现场组焊质量控制的重点和难点就是复合钢板的现场焊接工作。本文通过对焦炭塔施工实践经验的梳理，总结了复合钢板的焊接技术要点。铬钼钢及铬钼复合钢材料的特性•1.具有良好的抗氧化和热强性能；•2.具有比较好的抗硫腐蚀和抗氢腐蚀性能；•3.具有良好的工艺性能和物理性能；•4.这类材料合金元素含量少、价格便宜；焦炭塔技术参数及现场情况简介•主体材质：SA387Gr11CL1钢和SA387Gr11CL1+06Gr13复合钢；•规格：φ9400×42.659×(26+3)/24/32/34/36/38/40/42/46；•全容积：约2302m3；净重：约326.811t。•焦炭塔半成品由某压力容器制造单位负责下料、压制成型、坡口加工并散片到货；我公司负责现场组焊工作。1.焊前施工准备•①图纸审查和施工作业文件准备；•②焊工资格确认；•③施工机械和工、卡具准备；•④组装平台搭设；•⑤焊接材料和焦炭塔组焊半成品的验收。2.坡口加工•①焦炭塔所有球形瓣片和筒体板片的坡口（如图一和图二所示）均在某压力容器制造厂内采用机械加工的方法制备；坡口应符合图样的规定，坡口表面必须平滑；•②施工现场需要加工或整修焦炭塔半成品坡口时应采用等离子切割机和氧-乙炔焰切割等热加工方法进行。应使用磨光机将切割表面处的凹凸不平部分、氧化层和过热层去除并打磨平整、光洁。•③采用等离子切割机和氧-乙炔焰等热加工方法切割铬钼钢焊接坡口时，应按工艺要求采用预热和缓冷措施，以避免发生裂纹和切割面硬化。•④加工成形的坡口表面不得存在裂纹、分层、夹渣等缺陷；图一：SA387Gr11CL1钢板坡口示意简图图二：SA387Gr11CL1+06Gr13复合钢板坡口示意简图3.组对和定位焊•组对要点•①对接焊缝组对前应彻底清除坡口内外各20mm范围的油污、铁锈、砂土、水迹、氧化皮及其它对焊接有害的物质。坡口边缘100mm范围内（复合钢板从基层侧）进行100%超声检测，以无裂纹类缺陷为合格；坡口表面不得有分层、毛刺等缺陷。•②复合钢板对接接头的对口错边量不得大于复层厚度的50%，且不大于1mm；非复合板对接接头的对口错边量应符合相关规定。•③对口间隙：环焊缝为2～３mm，纵焊缝为4～5mm。•④当焊缝两侧板厚度不一致时，应保证内壁平齐，外部光滑过度。•⑤组对时应使用工卡具。•工、卡具应焊接在基层一侧，严禁在复层上焊接工、卡具；组对工卡具与设备的焊接应与正式焊接工艺相同。•定位焊要点•①定位焊的焊接工艺、焊接材料及其对焊工的要求与正式焊接相同。•②正式焊接要求预热时，则定位焊缝也应按相同的要求预热，且取预热温度的上限。预热范围为从焊缝中心向两侧各不小于3倍壁厚，且不小于50mm。•③定位焊的焊缝尺寸应符合焊接工艺的规定。定位焊缝应均匀分布且应有足够的强度，引弧和熄弧点应在坡口内。•④定位焊缝应保证焊透、熔合良好、无焊接缺陷，发现裂纹等焊接缺陷时应及时清除。为了保证底层焊道成形良好，减少应力集中，应将定位焊缝两端磨成缓坡状。•⑤定位焊和正式焊接之间的时间间隔不宜过长，正式焊接时，起焊点应在两定位焊缝之间。4.焊接工艺•焊材选用•复合钢板焊接时，基层和复合层通常采用原单一材料焊接时所选用的焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）；过渡层焊接材料的选用一般要由焊接工艺试验来决定。•根据焦炭塔设计图纸要求,按照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》的规定进行焊接工艺评定工作,完成焊接工艺评定报告；编制用于现场作业的焊接工艺规程，确定选用的焊接材料。•焊接操作一般要求•铬钼钢属高强度耐热钢，焊接时易产生裂纹，具有淬硬倾向，因此焊接时要作好焊前预热、层间温度控制以及后热处理。焊前预热•①铬钼钢母材的预热温度应根据焊接工艺评定确定，一般采用电加热或火焰加热法；预热应在坡口两侧均匀进行，防止局部过热。•②加热带应布置在焊缝区域，加热区域要用保温棉进行保温，保温棉厚度一般应达到40mm～60mm。•③异种钢焊接时，预热应按淬硬倾向较大一侧材料的要求进行。•④预热温度：控制在160～200℃之内；应使用测温笔或红外线测温仪在距焊缝中心50mm～100mm范围内，随机测量，测点不应少于3点。预热范围：坡口两边均不小于3倍壁厚，且不小于150mm区域。施焊要求•①焦炭塔组对焊接顺序：先焊接纵向焊缝，后焊接环环向焊缝；先焊接大坡口侧，后焊接小坡口侧。•②纵向焊缝焊接时应将端部过渡层及复合层各留30~50mm不焊，待环向焊缝基层焊接完成后再将所留纵向焊缝两端焊接成形。•③焊接区域达到预热温度后即可拆除保温棉进行焊接作业。施焊时，层间温度应保持在200～250℃之间。•④严禁在坡口之外的母材表面引弧和试验电流，并应防止电弧擦伤母材。焊接施工中应注意起弧和收弧的质量，焊缝末端的弧坑应填满。•⑤对接接头打底焊接完成后，应进行背面清根；经100%磁粉检测合格后，方可继续施焊。对接接头的焊缝宽度以每边盖过坡口2mm为宜，焊缝余高应打磨至与母材齐平并光滑过渡，不得低于母材。•⑥多层多道焊每层焊完后应立即对层间进行清理，并进行外观检查，若发现缺陷，清除后方可进行下一层的焊接。多层多道焊层间接头应错开50mm以上。•⑦每条焊缝应一次连续焊接完成。在焊接过程中，由于某种原因必须中断焊接工作时，应保持焊缝坡口及两侧各150mm范围的区域处于预热温度（160～200℃）范围内，直至焊接工作重新开始；否则，在暂停焊接工作时应立即进行后热处理（指消氢处理）并采取缓冷的措施，后热处理温度应控制在250～350℃范围内。•⑧焊接SA387Gr11CL1+06Gr13复合钢板时，应先焊接基层后焊接复合层。基层焊缝表面经打磨并100%磁粉检测合格后，方可进行过渡层堆焊焊接。过渡层厚度应控制在0～1mm之间，表面应平滑经100%磁粉检测合格后方可进行复层焊接。•⑨工卡具拆除时不应损伤母材，拆除后应将残留焊疤打磨光滑；打磨后母材厚度不得小于其允许的最小设计值，否则应按正式焊接工艺进行堆焊并打磨平滑；打磨后的母材表面应经100%磁粉检测合格。焦炭塔纵向焊缝焊接工艺•①坡口形式如图一和图二所示；•②坡口尺寸允许偏差符合工艺要求；•③焊接方法：现场组焊采用双面焊接，每条纵焊缝采用2人同时分段焊接，即1名焊工从下面向中部焊接，另1名焊工同时从中部向上部焊接，焊接速度要保持一致；•④焊接顺序如图三所示；•⑤焊接工艺参数符合焊接工艺规程。图三：焦炭塔纵向焊缝焊接顺序示意图焦炭塔环向焊缝焊接工艺•①坡口形式如图一和图二所示；•②坡口尺寸允许偏差符合工艺要求；•③焊接方法：现场组焊采用双面焊接，由10名焊工采用焊条电弧焊沿环向位置逆时针均匀同向施焊，焊接速度要保持基本一致；焊工分布如图四所示，其中A、B、C、D、E、F、G、H、I、J代表10名焊工。图四：焦炭塔环缝焊接时焊工布置示意图ABCDEFGHIJ•④焊接顺序如图五所示；•⑤焊接工艺参数符合焊接工艺规程。图五：焦炭塔环向焊缝焊接顺序示意图焦炭塔上封头焊接工艺•焦炭塔上封头由17块球片和3块极盖板组成，封头采用极盖板与球形瓣片组焊结构。焊接时应根据现场实际情况选择焊工数量，先焊接17片球形瓣片纵向焊缝，再焊接其环向焊缝；组焊成整体后，再组焊极盖板。焦炭塔上封头焊接顺序如图六所示。•焦炭塔上封头的焊接工艺根据实际情况分别选用前述环向或纵向焊缝焊接工艺。图六焦炭塔上封头焊接顺序示意图焦炭塔锥段焊接工艺•焦炭塔锥段焊接工艺与焦炭塔上封头焊接工艺基本相同。5.焊缝检验•外观检查•所有焊接接头表面应圆滑过渡，不允许存在咬肉、裂纹、气孔、弧坑、夹渣等缺陷；焊接接头上的熔渣和两侧的飞溅物必须打磨和清理干净。•无损检测•①从事无损检测的人员和机构必须持有国家质量技术监督检验部门颁发，并在有效期内的资格证书。•②无损检测工作必须严格按照设计图纸要求进行。•③为保证焊接质量，现场组焊单位应根据需要，可对所有焊缝的坡口、清根处、焊接接头内外表面等安排进行一次或多次磁粉检测。•④所有铬钼钢焦炭塔对接接头的无损检测工作应在焊接结束至少36小时后进行。射线检测Ⅱ级合格，超声波检测和磁粉检测Ⅰ级合格。焊缝返修•①经检测不合格的焊接接头表面缺陷，可用磨光机打磨清除，其剩余壁厚不得小于设计最小尺寸。打磨部位应与周围金属平缓过渡，打磨后须经磁粉检测合格。•②经检测不合格的焊接接头内部缺陷，允许铲掉补焊。采用碳弧气刨的方法清除缺陷时，应将刨槽的氧化层用磨光机打磨干净，磨槽修整成适合补焊的形状（最少50mm长），并经着色检验确认缺陷已被清除后方可补焊。焊接缺陷返修应采用与正式焊接相同的焊接工艺及措施，应取规定预热温度的上限值进行预热，预热范围也应适当扩大。•③焊缝返修应在热处理前进行。否则，返修部位须重新进行热处理。•④内部缺陷返修部位须按设计要求重新进行无损检测。•⑤焊缝同一部位的返修次数不得超过二次。否则应经压力容器现场组焊单位技术负责人批准，焊缝返修部位，返修次数、检验结果及超次返修批准手续等均应记入产品质量证明文件中。7.质量验收•焦炭塔现场焊接工作完成后，应按设计要求进行整体热处理、经硬度检测和PMI（指合金元素检测）复核合格，最后进行整体水压试验。焦炭塔水压试验时，施工单位、监理、业主和监督检验机构代表等均应到场见证，试验合格后各方代表应在施工单位准备好的强度试验报告上签字确认。参考文献•1.《特种设备安全监察条例》中华人民共和国国务院令第549号•2.《固定式压力容器安全技术监察规程》TSGR0004-2009•3.《钢制压力容器焊接工艺评定》JB4708-2000•4.《石油化工铬钼耐热钢焊接规程》SH3520-2004•5.《压力容器铬-钼合金钢板》ASMESA-387/SA-387M•6.中国石化股份有限公司广州分公司140万吨/年延迟焦化装置焦炭塔制造及验收工程技术条件•谢谢各位领导和专家聆听！•欢迎各位专家批评指正，共同提高！