馬永春

【摘 要】大型空分裝置鋁鎂合金塔器現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接施工位置在高空，設(shè)備直徑、重量大，組對(duì)焊接施工質(zhì)量要求高。在組對(duì)焊接施工過(guò)程中需充分考慮焊接工藝評(píng)定適合性、作業(yè)人員、施工機(jī)具、作業(yè)環(huán)境、組對(duì)調(diào)整方法、焊接工藝順序及方法等因素對(duì)施工質(zhì)量的影響，并針對(duì)這些影響因素采取正確、有效、可靠的措施以保證塔器組對(duì)焊接施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】鋁鎂合金；質(zhì)量控制；預(yù)熱；組對(duì)焊接；垂直度

0 概述

隨著空分設(shè)備設(shè)計(jì)、制造技術(shù)不斷進(jìn)步及氣體工業(yè)的迅速發(fā)展， 空分制氧工程越來(lái)越呈現(xiàn)出大型化發(fā)展趨勢(shì)。因此制氧工程中分餾塔塔器的整體尺寸和重量越來(lái)越大。設(shè)備制造廠由于運(yùn)輸限制原因，往往考慮分段運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng)，交由施工單位在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組對(duì)焊接。本文主要研究安裝于冷箱內(nèi)材質(zhì)為鋁鎂合金的塔器立式對(duì)接過(guò)程中的質(zhì)量控制，包括上塔與下塔主冷凝器組合體對(duì)接、上塔分段對(duì)接、粗氬塔分段對(duì)接等。分餾塔是制氧機(jī)的關(guān)鍵工藝設(shè)備，長(zhǎng)期在低溫深冷狀態(tài)下工作。其作用實(shí)利用空氣的各種組份具有不同會(huì)發(fā)性，即在同一溫度下各組份的蒸汽壓不同，將液態(tài)空氣進(jìn)行多次部分蒸發(fā)與冷凝，達(dá)到分離各組份的目的，制造出氧、氮、氬等產(chǎn)品。其安裝具有組對(duì)焊接工作量大、焊縫質(zhì)量要求嚴(yán)格、安裝垂直精度高的特點(diǎn)。由于塔器直徑大、塔壁較厚、重量大、組對(duì)接口位置高，在施工過(guò)程中有效控制組對(duì)、焊接質(zhì)量難度較大。因此，有效保證塔器組對(duì)焊接質(zhì)量十分重要。

1 塔器組對(duì)焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

這里以林德設(shè)計(jì)、制造的塔器為例。

1.1 垂直度標(biāo)準(zhǔn)

上塔與下塔主冷凝器組合體、粗氬塔上下段組對(duì)前，已安裝的下段塔器垂直度偏差要求控制在5mm內(nèi)；組對(duì)焊接后，整體垂直度允差不大于0.2mm/m ，總高范圍內(nèi)垂直度誤差不大于8mm。

1.2 焊縫外觀質(zhì)量

1）焊縫表面應(yīng)成型良好，焊波均勻，焊縫與母材應(yīng)圓滑過(guò)渡，焊縫表面不得存在裂紋、未焊透、未熔合、熔渣、焊瘤、未填滿的弧坑等缺陷。

2）焊縫余高不得超過(guò)3mm；錯(cuò)邊量不得超過(guò)3mm。

3）焊縫咬邊深度不得超過(guò)0.5mm；焊縫兩側(cè)咬邊總長(zhǎng)度不得超過(guò)焊縫總長(zhǎng)度的10%。

4）表面凹陷：允許內(nèi)凹深度不大于0.5mm；除仰焊位置單面焊焊縫內(nèi)表面允許有深度不超過(guò)0.2S且不大于2 mm的凹陷外，其它所有位置的焊縫表面應(yīng)不低于母材金屬表面。

5）背面不得有縮孔；焊縫外側(cè)邊緣不得有打弧點(diǎn)。

1.3 焊縫的無(wú)損檢驗(yàn)

焊縫經(jīng)外觀檢驗(yàn)合格后須進(jìn)行100%X射線檢查，焊縫內(nèi)部質(zhì)量應(yīng)符合JB4730-2005Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 影響塔器組對(duì)焊接施工質(zhì)量的因素及保證措施

2.1 組對(duì)焊接工藝評(píng)定的適合性

由于塔器設(shè)備組對(duì)焊接難度大，質(zhì)量要求嚴(yán)格，在組對(duì)焊接前須進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。根據(jù)塔器設(shè)備廠家設(shè)計(jì)及制造要求、設(shè)備母材及焊絲性能要求，制作焊接試件，并對(duì)試件進(jìn)行拉伸及彎曲力學(xué)試驗(yàn)，確定適合塔器組對(duì)焊接的各種焊接工藝。如對(duì)每一種焊接工藝確定了破口形式、焊接方法、焊絲規(guī)格、氬氣流量以及焊接電流大小等，制定出焊接工藝評(píng)定報(bào)告并編制形成作業(yè)指導(dǎo)書(shū)。

2.2 作業(yè)人員、工機(jī)具及作業(yè)環(huán)境

1）焊接工藝評(píng)定制定完成后，按焊接工藝要求對(duì)焊工進(jìn)行考試并符合和設(shè)備供應(yīng)商及業(yè)主的要求，考試合格者允許上崗參加塔器的焊接工作。

2）應(yīng)選擇性能穩(wěn)定的交流氬弧焊機(jī)，并放置于冷箱相應(yīng)高度的平臺(tái)上。檢查焊機(jī)的電流表、輸氣管、循環(huán)水泵工作是否正常，氬氣接口是否泄露，清除氬氣管內(nèi)水分等雜質(zhì)，保證大電流焊接時(shí)的冷卻速度和效果，并確保氬氣的純度滿足要求。

3）應(yīng)選擇相對(duì)濕度較低的天氣進(jìn)行組對(duì)焊接，不得在雨天或相對(duì)濕度80%以上的環(huán)境下進(jìn)行，如果濕度過(guò)大容易產(chǎn)生氣孔和發(fā)渣現(xiàn)象。因此，組對(duì)空間位置應(yīng)用彩條布封閉起來(lái)，使塔縫周?chē)ＷC一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境；在組對(duì)焊接位置附近懸掛干濕溫度計(jì)，及時(shí)反應(yīng)空氣濕度，如果超標(biāo)應(yīng)采用加溫的方法烘烤，保證焊接環(huán)境適宜。

2.3 吊裝組對(duì)前的準(zhǔn)備檢查

1）塔體封板切除前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖注明的切割線位置和塔體的幾何尺寸復(fù)測(cè)塔體的切割線和高度，確定現(xiàn)場(chǎng)對(duì)接切割線的準(zhǔn)確性。

2）測(cè)量接口處的周長(zhǎng)及橢圓度，掌握設(shè)備制造偏差情況，如發(fā)現(xiàn)偏差較大時(shí)應(yīng)及時(shí)校正。并在圓周上準(zhǔn)確標(biāo)示出方位位置及角度，根據(jù)塔器直徑大小及實(shí)際情況確定等分方位點(diǎn)數(shù)，便于在組對(duì)過(guò)程中定位。

3）坡口加工： 由于大型空分裝置塔器壁厚較大（大多超過(guò)12mm）， 塔器對(duì)接焊縫均為橫焊，熔態(tài)鋁流動(dòng)性大，為減少焊接層數(shù)，控制熱應(yīng)力影響，避免焊縫形成內(nèi)凹缺陷。因此上塔與下塔主冷凝器組合體組對(duì)焊接時(shí)應(yīng)采用Y型坡口（坡口角度、間隙、鈍邊等參數(shù)要求應(yīng)符合圖樣設(shè)計(jì)及焊接工藝評(píng)定要求）。

上塔上下段、粗氬塔上下段組對(duì)焊接由于塔器構(gòu)造原因無(wú)法進(jìn)行雙面對(duì)稱焊應(yīng)采用V型坡口（坡口角度、間隙參數(shù)要求應(yīng)符合圖樣設(shè)計(jì)要求及焊接工藝評(píng)定要求）。坡口加工完成后，兩側(cè)50mm范圍內(nèi)，用三氯乙烯或乙醇等有機(jī)溶劑清洗除去表面油污后，用不銹鋼鋼絲刷除去表面氧化膜，露出金屬光澤為止。

4）模擬焊接：塔器組對(duì)焊接前，應(yīng)制作一組模擬試板，其母材材質(zhì)、工藝條件、焊工、保護(hù)氣等均和正式焊接相同。在作業(yè)位置進(jìn)行模擬焊接工藝條件的實(shí)地焊接試驗(yàn)。試板焊接接頭應(yīng)100%進(jìn)行射線檢查，并符合要求。當(dāng)達(dá)不到此要求時(shí)應(yīng)分析原因，調(diào)整工藝。在確定焊接試驗(yàn)合格后才能正式進(jìn)行組對(duì)焊接。

2.4 塔器組對(duì)調(diào)整方法

1）塔器組對(duì)前，應(yīng)先檢查下部塔器的垂直度，確保符合要求。符合要求后將下部塔器臨時(shí)固定，防止下段塔在對(duì)接過(guò)程中垂直度發(fā)生變化。如可制作臨時(shí)抱箍沿塔器圓周布置，并固定在冷箱壁上。固定后復(fù)測(cè)一次，確認(rèn)垂直度符合要求。

2）在上下段筒體外側(cè)0度、180度方向焊接定位塊，對(duì)接時(shí)保證上下段的定位塊在同一直線上。實(shí)現(xiàn)上下段塔器的快速垂直定位。

3）仔細(xì)核實(shí)管口方位，確保上下塔之間的0度線重合。離組對(duì)坡口下方150～200mm處均勻?qū)ΨQ裝設(shè)數(shù)對(duì)拐板卡具及千斤頂（裝設(shè)卡具數(shù)量應(yīng)根據(jù)塔器直徑等實(shí)際情況確定），對(duì)接口進(jìn)行找圓及錯(cuò)邊量調(diào)整，確保符合要求。

4）離組對(duì)坡口上下方各200～300mm處均勻?qū)ΨQ裝設(shè)數(shù)對(duì)支撐耳板卡具及千斤頂（裝設(shè)卡具數(shù)量應(yīng)根據(jù)塔器直徑等實(shí)際情況確定，并應(yīng)錯(cuò)開(kāi)拐板方位布置），采用螺旋式千斤頂均勻頂緊，調(diào)整焊縫處間隙，確保環(huán)焊縫間隙均勻并符合要求。

5）在對(duì)接口錯(cuò)變量、間隙調(diào)整符合要求后；通過(guò)上段塔器上部0°、90°、180°、270°四個(gè)方向掛設(shè)的倒鏈對(duì)上塔的垂直度進(jìn)行精確調(diào)整，并通過(guò)塔體頂部0°、90°兩個(gè)方向鋼絲線墜測(cè)量塔體的垂直度偏差，確保上段塔器垂直度、上下段塔器復(fù)合后在總高范圍內(nèi)垂直度精度均符合要求。

2.5 焊接工藝順序及方法

1）塔器組對(duì)定位焊及正式焊接不應(yīng)在雨天或焊接電弧1m范圍內(nèi)的相對(duì)濕度大于80%的環(huán)境下進(jìn)行；焊接時(shí)風(fēng)力不應(yīng)不大于2m/s，必要時(shí)焊接區(qū)域應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)設(shè)施。

2）由于大型塔器壁厚較大，為了使接頭附近達(dá)到所需要的焊接溫度以防止變形、未焊透、減少氣孔等缺陷，焊前需對(duì)對(duì)塔體外側(cè)進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱應(yīng)避開(kāi)坡口區(qū)并在坡口兩側(cè)約100mm范圍內(nèi)均勻進(jìn)行，避免焊接區(qū)氧化。預(yù)熱溫度范圍為100～150℃左右，相對(duì)濕度控制在80%以下。

3）在垂直度及焊縫間隙、錯(cuò)邊量調(diào)整合格后，進(jìn)行對(duì)稱定位點(diǎn)焊。先分別在0度、90度、180度、270度四定位焊， 之后逐步對(duì)稱進(jìn)行； 定位焊間距250～300mm，長(zhǎng)度80～100mm，高度不超過(guò)母材板厚，其焊肉質(zhì)量要求與正式焊縫相同。定位焊后應(yīng)將每小段焊縫兩端修整成緩坡形，以便正式焊接的起弧和收弧， 避免接頭處產(chǎn)生未熔合等缺陷。

4）按照焊接工藝評(píng)定要求，對(duì)環(huán)縫進(jìn)行正式焊接。

①定位焊結(jié)束后應(yīng)測(cè)量塔器垂直度，根據(jù)垂直度變化情況確定起焊處和焊接順序（即用焊縫焊接收縮變形來(lái)矯正垂直度）。

②焊接順序在正常情況下是兩組焊工均勻?qū)ΨQ分布且沿同一方向同時(shí)施焊。同時(shí)在焊接過(guò)程中通過(guò)塔體頂部0°、90°兩個(gè)方向鋼絲線墜不斷測(cè)量塔體的垂直度偏差；如偏差較大時(shí)應(yīng)在塔體垂直度傾斜側(cè)的相反側(cè)先焊，根據(jù)垂直度偏差情況，及時(shí)調(diào)整焊接位置和順序、焊接參數(shù)。

③焊接過(guò)程中保持吊車(chē)對(duì)上段塔器適當(dāng)?shù)睦?，防止焊接變形引起塔體的垂直度偏差；每焊接一遍及時(shí)對(duì)塔器的垂直度進(jìn)行檢測(cè)，調(diào)整吊車(chē)?yán)昂附禹樞蚝蜏囟?，直至焊接全部完成?/p>

④對(duì)稱施焊焊工應(yīng)保持一致的焊接速度，每層焊道焊前應(yīng)對(duì)前層焊道進(jìn)行處理，確保前層焊道必平整光滑（即焊縫邊緣不能留有凹溝，焊縫中間不能鼓包，不能留有焊接死角等）。

⑤正式焊接應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一旦中斷，時(shí)間上不應(yīng)超過(guò)15分鐘并應(yīng)重新預(yù)熱，防止中斷時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成焊接變形，焊縫間隙收縮錯(cuò)邊量增大，焊縫氣孔等缺陷； 焊焊接中斷或結(jié)束時(shí)，為防止產(chǎn)生弧坑裂紋和縮孔，收弧處要多填一些金屬，然后再使焊接電流逐漸衰減，斷弧后，氬氣要持續(xù)5～8秒，以防止鎢極氧化。

⑥焊接操作過(guò)程中應(yīng)注意保持焊槍、焊絲、焊件部分三者之間的空間位置，焊槍與工件表面的距離約8～10mm，焊絲與焊件之間的夾角一般為10～20°，焊槍與焊件之間應(yīng)盡量保持垂直。輸送焊絲和焊槍的運(yùn)行速度要配合好，一般采用快送少加焊絲的填絲方法，焊接中應(yīng)使焊絲端部始終處于氬氣保護(hù)范圍之內(nèi)，防止氧化膜形成。

⑦焊接全部完成后且自然冷卻至常溫后方可松開(kāi)吊具，避免引起焊縫變形。

3 結(jié)論

由于鋁鎂合金材料熔點(diǎn)低、熱傳導(dǎo)速度快，在高溫下其強(qiáng)度和塑性低，因此塔器組對(duì)焊接變形較難控制尤其是錯(cuò)邊、棱角變形；焊縫內(nèi)容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷。且組對(duì)焊接操作位置在高空，設(shè)備重量大，安裝、焊接精度要求高，要同時(shí)保證設(shè)備組對(duì)及焊接質(zhì)量難度較大。因此，在大型空分裝置塔器組對(duì)焊接施工過(guò)程中需充分考慮焊接工藝評(píng)定適合性、作業(yè)人員、施工機(jī)具、作業(yè)環(huán)境、組對(duì)調(diào)整方法、焊接工藝順序及方法等因素對(duì)施工質(zhì)量的影響，并針對(duì)這些影響因素采取正確、有效、可靠的措施以保證塔器組對(duì)焊接施工質(zhì)量。

在林德氣體（煙臺(tái)）有限公司2×50000Nm3/H空分裝置安裝工程中，我公司采取上述施工質(zhì)量控制措施，成功完成了B套空分裝置上塔與下塔主冷凝器組合體、粗氬塔上下段現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接。塔器垂直度及焊縫外觀質(zhì)量較好；X射線探傷共103張片，僅有2張不合格，一次合格率達(dá)98.05%。

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[責(zé)任編輯：許麗]