郭春梅+劉洋

摘要：鋯的化學活潑性大，高溫下會與氫、氮、氧等氣體起化學反應。氫、氧、氮與鋯形成脆性化合物，不但使鋯塑性和韌性明顯變差，而且使鋯的耐蝕性急劇降低。另外，由于鋯熔點高，導熱系數(shù)小，因此在鋯材的焊接中，對焊接工藝參數(shù)提出了更高的要求。文章論述了中油吉林石化公司丙烯腈廠增設500m3酸水儲罐項目中應用的鋯鋼復合板焊接工法，從鋯的焊接性能、焊接方法、焊接工藝流程、操作要點、質(zhì)量控制、效益分析等方面做了說明。

關鍵詞：工業(yè)鋯；鋯鋼復合板；儲罐焊接工法；脆性化合物；焊接工藝參數(shù)；500m3酸水儲罐項目

中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）33-0070-03

1 概述

工業(yè)鋯屬于高熔點稀有金屬，是原子能工業(yè)、化工、石油化學工業(yè)中的一種重要結構材料，在大多數(shù)有機酸、無機酸、強堿和一些熔融態(tài)的鹽中均具有優(yōu)良的耐腐蝕性。鋯的耐腐蝕性優(yōu)于不銹鋼、鎳和鎳合金。在苛性腐蝕介質(zhì)中與不銹鋼、鈦及鎳基合金相比，大大提高了設備的壽命和可靠性，能夠取得更大的經(jīng)濟效益。

鋯化學活潑性大，高溫下會與氫、氮、氧等氣體起化學反應，鋯在315℃～1000℃強烈吸氫，在400℃以上強烈吸氧，在800℃以上強烈吸氮。氫、氧、氮與鋯形成脆性化合物，不但使鋯塑性和韌性明顯變差，而且使鋯的耐蝕性急劇降低，其中氧對塑性和韌性的影響大，而氮對耐蝕性的影響大。另外，由于鋯熔點高，導熱系數(shù)小，因此在鋯材的焊接中，對焊接工藝參數(shù)提出了更高的要求。在中油吉林石化公司丙烯腈廠增設500m3酸水儲罐項目中應用了鋯材的焊接技術，下面介紹一下焊接工法。

2 工法特點

本工法根據(jù)鋯材的特性和數(shù)據(jù)進行分析，從以下三個方面改進了鋯材的焊接工藝：確定了更加合理的焊接工藝參數(shù)；制定有效的氣體保護措施；對焊接機具進行小改造，增加一個氬氣噴嘴。

通過上述三個方面的改進，使鋯材焊接后的外觀成形和表面顏色都有了很大程度的改觀，從而減少了焊接處理的工作量，提高了經(jīng)濟效益。

3 適用范圍

本工法適用于鋯材（R60702）搭接焊縫。

4 工藝原理

鋯焊接性較好，可以采用多種焊接方法，其中氬弧焊是比較經(jīng)濟的方法。鋯在590℃以上對氧、氮、氫的脆性敏感，因此對該金屬的焊接必須進行焊接保護，防止大氣污染。在焊接時，鋯必須與大氣隔離，一直冷卻到593℃以下。鋯焊絲必須進行化學清洗。

5 工藝流程及要點

5.1 坡口加工

采用機械加工的方式將坡口加工成型，對焊口表面進行機械打磨，露出金屬光澤。用丙酮對母材及焊絲進行擦洗，保證沒有嚴重的氧化、水汽、油污及贓物。清理程序應為：磨光機打磨→不銹鋼絲輪（刷）清理→拋光輪拋光→丙酮清洗→封口保護。

5.2 組對

點固焊采用手工電弧焊，每隔300～350mm，點焊5～8mm。

5.3 焊接參數(shù)

焊接方法，氬弧焊。采用直徑Φ2.4mm的焊絲，電流采用直流正接方式，電壓為12～14V，電流為100～140A，主噴嘴的氬氣流量為10～12L/min，附加保護及付噴嘴的氬氣流量為22～24L/min，在施焊前2min開始送氣，在焊接結束2min后停止送氣，鎢極直徑為Φ3mm。罐板鋯貼條焊接，焊接形式如圖1所示：

圖1 罐板鋯貼條焊接

5.4 焊接

工法采用全氬弧且全熔透性焊接。點焊方式與正式焊接工藝相同。引弧采用回焊法，且用高頻引弧，不允許摩擦引弧。焊接采用小電流、稍擺動的方法。

背部氣體保護通過碳鋼基層開孔持續(xù)保護。采用整體充氬，充氬時間為焊接不銹鋼的5～10倍。焊接過程中，注意焊絲端部不要離開氬氣保護區(qū)域，如果焊絲離開氬氣保護，繼續(xù)焊接時，焊絲端部至少切掉25mm。

盡量避免采用砂輪機修磨，可采用金屬磨頭修磨。若采用砂輪機修磨，打磨時需澆水冷卻，打磨溫度不得超過315℃，以避免強烈氧化。嚴格控制層間溫度，層間溫度不得高于107℃。焊接完成后，冷卻至環(huán)境溫度方可停止氬氣保護。并檢查外觀色澤，以銀白色為合格。

5.5 操作要點

鋯材焊接與其他材料焊接相比，需要注意以下

七點：

5.5.1 因鋯材焊接氣孔主要是由于坡口表面的污染引起，所以施焊時必須在丙酮擦洗后的30min內(nèi)，如果不能在規(guī)定時間內(nèi)焊接，應采取措施對焊口進行保護，如用醫(yī)用膠布粘貼保護。

5.5.2 確保氬氣純度≥99.996%以上。

5.5.3 在現(xiàn)場焊接，必須搭設擋風設施，且擋風設施應盡量嚴密，以防止環(huán)境中存在的沙塵污染鋯材表面。環(huán)境溫度如低于15℃，在焊接前必須預熱到15℃以上。焊機離焊件不得超過5m。

5.5.4 為使焊縫在整個固化過程中都受到良好的保護，直至溫度下降到400℃以下，可采取以下措施：（1）采用加大氬氣流量，促進熔池固化、降溫。但這種方法將直接影響焊接質(zhì)量，因為氣體流速過大，極有可能將未固化的金屬吹離熔池，如流量較小，又起不到對降溫過程保護的作用；（2）在焊接時采用罩式拖尾保護裝置。但這種方法會影響焊工在施焊過程中對熔池的觀察，不利于焊工控制焊接質(zhì)量；（3）在主噴嘴外增加副噴嘴（副噴嘴獨立送氣系統(tǒng)）的保護方法。其中副噴嘴不對熔池送氣，對已經(jīng)固化但溫度在400℃以上部分焊道送氣。這種方法一方面吸取了增大氬氣流量的優(yōu)點，但是又避免了把未固化的金屬吹離熔池的缺點；另一方面因為沒有保護罩遮擋視線，便于監(jiān)測焊縫溫度，以便使保護噴嘴氬氣流量和焊接角度可以靈活調(diào)整，克服了增加保護罩的缺點，以達到最佳效果。

5.5.5 對于主噴嘴的直徑，一般選用內(nèi)徑16mm以上的為宜，并應在焊接前送氣，以保證周邊氣體的純度。

5.5.6 對鋯材焊接，應盡量采用小電流、慢焊速等小熱量輸入焊接方法。

5.5.7 焊接完畢，焊縫呈現(xiàn)淺黃色、深黃色、淡藍色表明焊縫已被氧化，需要用不銹鋼絲刷清除表面。深藍色、藍灰色、灰色、白色表示焊縫被強烈氧化，需要打磨并修補。

6 所需設備

本工法需要的主要設備：YD-350GR氬弧焊機2臺，400A逆變焊機5臺，磁力鉆1臺，切割機1臺，直磨機

1臺。

7 質(zhì)量控制

7.1 焊縫質(zhì)量控制標準

焊縫質(zhì)量標準執(zhí)行GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》。無損檢測標準執(zhí)行JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》。

7.2 質(zhì)量保證措施

7.2.1 焊工必須按國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒發(fā)的《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》進行考試，并取得相應的焊工資格證書。

7.2.2 施焊前，所用材質(zhì)應按JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定進行焊接工藝評定，并評定合格。

7.2.3 組對間隙嚴格按要求執(zhí)行。為保證組對間隙，必須嚴格控制如下環(huán)節(jié)：壁板尺寸的偏差，應符合GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定，保證橫平豎直。

7.2.4 焊材必須具有材質(zhì)合格證。

7.2.5 焊接時嚴格執(zhí)行焊接工藝。

8 效益分析

采用本工法極大地降低了不合格率，且提高了工作效率，從而節(jié)省了成本。以完成1m焊縫所需的各種消耗為例，對效益情況進行簡要分析。

第一，傳統(tǒng)氬弧焊方法下，焊工在焊接后，還要對部分焊道進行打磨，而改進后的方程基本做到了焊縫一次成形，在很大程度上減少了二次打磨修補的過程。使用傳統(tǒng)焊接方法，1名焊工，焊接1m焊縫再進行二次打磨修補，約需4小時；采用改進后的方法，焊接1m焊縫，并進行少量二次打磨和修補，約需2.5小時，平均1m焊縫減少1.5小時。平均每個班可增加約1m合格焊縫。如按400元/8小時計算焊工人工費，則焊接1m焊縫，可節(jié)約人工費支出約75元。

第二，增加尾部保護以后，雖然增加了近2.5倍氬氣使用量，但同時減少了鋯材焊絲的二次投入以及打磨和擦洗用料的投入。假設二次補焊使用的鋯材焊絲和增加的氬氣價值相等，則可減少打磨及擦洗用料投入約20元/m。經(jīng)上述分析，焊接每m焊縫的可見經(jīng)濟節(jié)約為95元/m，一臺500m3儲罐的鋯材焊縫約為800m，可節(jié)約成本約76000元。

采用本工法后，焊縫成形美觀，焊接速度快，受到業(yè)主、監(jiān)理及其他相關單位的贊揚，其社會效益巨大。

9 應用實例

本工法在2011年在中油吉林石化公司丙烯腈廠增設500m3酸水儲罐項目進行應用，效果較好。

參考文獻

[1] 郗峰波，李晴，李鵬飛.鋯的焊接特性與工藝性[J].現(xiàn)代焊接，2013，（1）.

[2] 李獻軍，夏峰，文志剛，馮軍寧.工業(yè)純鋯產(chǎn)品的性能和應用[J].精細化工原料及中間體，2010，（2）.

[3] 周文超，周為.鋯及其復合板焊接工藝研究[J].熱加工工藝，2013，（23）.

[4] 王堅，楊俊，顧紹玨，左占科.鋯制容器筒體環(huán)焊縫焊接方法探討[J].中國化工裝備，2009，（3）.

作者簡介：郭春梅（1978-），女，吉林吉林人，吉林工業(yè)職業(yè)技術學院講師，碩士，研究方向：化工裝備技術；劉洋（1979-），男，吉林吉林人，中油吉林化建工程有限公司工程師，研究方向：焊接技術。

5.5.6 對鋯材焊接，應盡量采用小電流、慢焊速等小熱量輸入焊接方法。

5.5.7 焊接完畢，焊縫呈現(xiàn)淺黃色、深黃色、淡藍色表明焊縫已被氧化，需要用不銹鋼絲刷清除表面。深藍色、藍灰色、灰色、白色表示焊縫被強烈氧化，需要打磨并修補。

6 所需設備

本工法需要的主要設備：YD-350GR氬弧焊機2臺，400A逆變焊機5臺，磁力鉆1臺，切割機1臺，直磨機

1臺。

7 質(zhì)量控制

7.1 焊縫質(zhì)量控制標準

焊縫質(zhì)量標準執(zhí)行GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》。無損檢測標準執(zhí)行JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》。

7.2 質(zhì)量保證措施

7.2.1 焊工必須按國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒發(fā)的《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》進行考試，并取得相應的焊工資格證書。

7.2.2 施焊前，所用材質(zhì)應按JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定進行焊接工藝評定，并評定合格。

7.2.3 組對間隙嚴格按要求執(zhí)行。為保證組對間隙，必須嚴格控制如下環(huán)節(jié)：壁板尺寸的偏差，應符合GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定，保證橫平豎直。

7.2.4 焊材必須具有材質(zhì)合格證。

7.2.5 焊接時嚴格執(zhí)行焊接工藝。

8 效益分析

采用本工法極大地降低了不合格率，且提高了工作效率，從而節(jié)省了成本。以完成1m焊縫所需的各種消耗為例，對效益情況進行簡要分析。

第一，傳統(tǒng)氬弧焊方法下，焊工在焊接后，還要對部分焊道進行打磨，而改進后的方程基本做到了焊縫一次成形，在很大程度上減少了二次打磨修補的過程。使用傳統(tǒng)焊接方法，1名焊工，焊接1m焊縫再進行二次打磨修補，約需4小時；采用改進后的方法，焊接1m焊縫，并進行少量二次打磨和修補，約需2.5小時，平均1m焊縫減少1.5小時。平均每個班可增加約1m合格焊縫。如按400元/8小時計算焊工人工費，則焊接1m焊縫，可節(jié)約人工費支出約75元。

第二，增加尾部保護以后，雖然增加了近2.5倍氬氣使用量，但同時減少了鋯材焊絲的二次投入以及打磨和擦洗用料的投入。假設二次補焊使用的鋯材焊絲和增加的氬氣價值相等，則可減少打磨及擦洗用料投入約20元/m。經(jīng)上述分析，焊接每m焊縫的可見經(jīng)濟節(jié)約為95元/m，一臺500m3儲罐的鋯材焊縫約為800m，可節(jié)約成本約76000元。

采用本工法后，焊縫成形美觀，焊接速度快，受到業(yè)主、監(jiān)理及其他相關單位的贊揚，其社會效益巨大。

9 應用實例

本工法在2011年在中油吉林石化公司丙烯腈廠增設500m3酸水儲罐項目進行應用，效果較好。

參考文獻

[1] 郗峰波，李晴，李鵬飛.鋯的焊接特性與工藝性[J].現(xiàn)代焊接，2013，（1）.

[2] 李獻軍，夏峰，文志剛，馮軍寧.工業(yè)純鋯產(chǎn)品的性能和應用[J].精細化工原料及中間體，2010，（2）.

[3] 周文超，周為.鋯及其復合板焊接工藝研究[J].熱加工工藝，2013，（23）.

[4] 王堅，楊俊，顧紹玨，左占科.鋯制容器筒體環(huán)焊縫焊接方法探討[J].中國化工裝備，2009，（3）.

作者簡介：郭春梅（1978-），女，吉林吉林人，吉林工業(yè)職業(yè)技術學院講師，碩士，研究方向：化工裝備技術；劉洋（1979-），男，吉林吉林人，中油吉林化建工程有限公司工程師，研究方向：焊接技術。

5.5.6 對鋯材焊接，應盡量采用小電流、慢焊速等小熱量輸入焊接方法。

5.5.7 焊接完畢，焊縫呈現(xiàn)淺黃色、深黃色、淡藍色表明焊縫已被氧化，需要用不銹鋼絲刷清除表面。深藍色、藍灰色、灰色、白色表示焊縫被強烈氧化，需要打磨并修補。

6 所需設備

本工法需要的主要設備：YD-350GR氬弧焊機2臺，400A逆變焊機5臺，磁力鉆1臺，切割機1臺，直磨機

1臺。

7 質(zhì)量控制

7.1 焊縫質(zhì)量控制標準

焊縫質(zhì)量標準執(zhí)行GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》。無損檢測標準執(zhí)行JB/T4730-2005《承壓設備無損檢測》。

7.2 質(zhì)量保證措施

7.2.1 焊工必須按國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局頒發(fā)的《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》進行考試，并取得相應的焊工資格證書。

7.2.2 施焊前，所用材質(zhì)應按JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》及GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定進行焊接工藝評定，并評定合格。

7.2.3 組對間隙嚴格按要求執(zhí)行。為保證組對間隙，必須嚴格控制如下環(huán)節(jié)：壁板尺寸的偏差，應符合GB50128-2005《立式筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范》的規(guī)定，保證橫平豎直。

7.2.4 焊材必須具有材質(zhì)合格證。

7.2.5 焊接時嚴格執(zhí)行焊接工藝。

8 效益分析

采用本工法極大地降低了不合格率，且提高了工作效率，從而節(jié)省了成本。以完成1m焊縫所需的各種消耗為例，對效益情況進行簡要分析。

第一，傳統(tǒng)氬弧焊方法下，焊工在焊接后，還要對部分焊道進行打磨，而改進后的方程基本做到了焊縫一次成形，在很大程度上減少了二次打磨修補的過程。使用傳統(tǒng)焊接方法，1名焊工，焊接1m焊縫再進行二次打磨修補，約需4小時；采用改進后的方法，焊接1m焊縫，并進行少量二次打磨和修補，約需2.5小時，平均1m焊縫減少1.5小時。平均每個班可增加約1m合格焊縫。如按400元/8小時計算焊工人工費，則焊接1m焊縫，可節(jié)約人工費支出約75元。

第二，增加尾部保護以后，雖然增加了近2.5倍氬氣使用量，但同時減少了鋯材焊絲的二次投入以及打磨和擦洗用料的投入。假設二次補焊使用的鋯材焊絲和增加的氬氣價值相等，則可減少打磨及擦洗用料投入約20元/m。經(jīng)上述分析，焊接每m焊縫的可見經(jīng)濟節(jié)約為95元/m，一臺500m3儲罐的鋯材焊縫約為800m，可節(jié)約成本約76000元。

采用本工法后，焊縫成形美觀，焊接速度快，受到業(yè)主、監(jiān)理及其他相關單位的贊揚，其社會效益巨大。

9 應用實例

本工法在2011年在中油吉林石化公司丙烯腈廠增設500m3酸水儲罐項目進行應用，效果較好。

參考文獻

[1] 郗峰波，李晴，李鵬飛.鋯的焊接特性與工藝性[J].現(xiàn)代焊接，2013，（1）.

[2] 李獻軍，夏峰，文志剛，馮軍寧.工業(yè)純鋯產(chǎn)品的性能和應用[J].精細化工原料及中間體，2010，（2）.

[3] 周文超，周為.鋯及其復合板焊接工藝研究[J].熱加工工藝，2013，（23）.

[4] 王堅，楊俊，顧紹玨，左占科.鋯制容器筒體環(huán)焊縫焊接方法探討[J].中國化工裝備，2009，（3）.

作者簡介：郭春梅（1978-），女，吉林吉林人，吉林工業(yè)職業(yè)技術學院講師，碩士，研究方向：化工裝備技術；劉洋（1979-），男，吉林吉林人，中油吉林化建工程有限公司工程師，研究方向：焊接技術。