張媛

摘要：流化床催化裂化和氣體回收主要塔為T(mén)ALARA秘魯石化煉油工藝段主要設(shè)備，其涉及復(fù)合材料間的焊接和熱處理，本論文重點(diǎn)介紹了不同材料間的過(guò)渡處理，復(fù)合材料封頭筒體制造方案，旨在為以后的項(xiàng)目提供借鑒。

關(guān)鍵詞：復(fù)合板;封頭;焊接;熱處理

Abstract：The main tower for fluidized bed catalytic cracking and gas recovery is the main equipment of the TALARA Peru Petrochemical Refinery Process Section，which involves welding and heat treatment between composite materials. This paper focuses on the transition treatment between different materials and manufacturing schemes of composite head cylinder，Designed to provide a reference for future projects.

Keywords：Composite plate，head，welding，heat treatment

1.引言

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步發(fā)展，石油化工產(chǎn)品與人們生活的相關(guān)性越來(lái)越高，大到上天入地的必需品，小到日常生活的必需品，現(xiàn)在我們很大程度上已經(jīng)離不開(kāi)石油化工產(chǎn)品?，F(xiàn)代交通工業(yè)的發(fā)展與石油供應(yīng)商息息相關(guān)，沒(méi)有燃料，就沒(méi)有現(xiàn)代交通工業(yè)。金屬加工、各類機(jī)械毫無(wú)例外需要各類潤(rùn)滑材料及其它配套材料，消耗了大量石化材料。而森松作為壓力容器制造行業(yè)的領(lǐng)頭羊，在石化設(shè)備的技術(shù)制造方面起到了重要作用。

流化床催化裂化和氣體回收塔的封頭筒體制造涉及到的復(fù)合板，Cr-Mo，碳鋼不同材料之間的焊接，焊接后的熱處理，及成形為此項(xiàng)目的重點(diǎn)。為此本文就如何進(jìn)行封頭制作，筒體卷制，坡口加工，如何選擇焊材，及其使用要求，焊接的方法等進(jìn)行闡述，期望可以為以后的項(xiàng)目提供借鑒。

2.設(shè)備概況

流化床催化裂化和氣體回收塔，是煉油工藝段的主要設(shè)備，其特點(diǎn)為底部筒體材質(zhì)Cr-Mo鋼復(fù)合410S，裙座為純Cr-Mo鋼材質(zhì)，上部筒體封頭為碳鋼，設(shè)備主要制造難度集中在下部Cr-Mo鋼段。根據(jù)API 934 C標(biāo)準(zhǔn)中，下段SA387 Gr.11 CL1材料的熱處理溫度為660～690°C，上段SA516 70材料的在ASME ⅷ-1卷UCS-56標(biāo)準(zhǔn)中最低熱處理溫度為595°C，兩種材料的焊縫焊接后熱處理問(wèn)題是制造的關(guān)鍵點(diǎn)之一。為了確保產(chǎn)品上下端的熱處理質(zhì)量，同時(shí)又要保證上段SA516 70材料熱處理后的性能指標(biāo)，在兩種材料的焊接處進(jìn)行工藝性處理，即在SA387 Gr.11 CL1筒體卷制后，在上口堆焊耐高溫?zé)崽幚聿牧?，堆焊后與下端筒體一起熱處理，在SA516 70材料筒體與SA387 Gr.11 CL1材料筒體組裝過(guò)程中，堆焊材料起到很好的隔離作用。并且，此環(huán)縫熱處理過(guò)程時(shí)保溫時(shí)間設(shè)定在610度左右，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效控制。

3.筒體、封頭、裙座的制造

3.1筒體的制造

厚板的卷制是制造的關(guān)鍵點(diǎn)，卷制過(guò)程中需在以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制

a.下料后板材邊緣四周應(yīng)進(jìn)行100%MT檢測(cè)

b.板材邊緣鈍邊打磨成R角

c.筒體拼縫僅焊接基層，覆層卷制時(shí)用工裝墊板將焊縫布滿

d.壓制過(guò)程中需控制延伸率，第一節(jié)筒體卷制前，選取第一節(jié)的筒體弧長(zhǎng)1000mm位置，進(jìn)行預(yù)壓值，記錄弧長(zhǎng)1000mm壓制的伸長(zhǎng)量。

e.根據(jù)第一節(jié)筒體延伸率，進(jìn)行筒體二次下料。

f.預(yù)熱應(yīng)在爐內(nèi)進(jìn)行，每塊板應(yīng)有熱電偶記錄溫度。

g.使用內(nèi)樣板檢測(cè)橢圓度。

3.2封頭的制造

1.封頭拼縫成型前僅進(jìn)行基層焊接，焊縫覆層暫不堆焊，封頭壓制后再進(jìn)行堆焊。

2.上下模具清理

3.入爐前，封頭板設(shè)置兩個(gè)熱電偶，母材試板設(shè)置一個(gè)熱電偶，檢驗(yàn)儀表，熱電偶，熱處理爐是否見(jiàn)有效期內(nèi)。

4.加熱工藝：入爐溫度入爐≤300℃;升溫速度≤100℃/h;保溫溫度：620～650℃;保溫時(shí)間：1.8-2.5min/mm;出爐壓制。

5.加熱溫度控制在620℃時(shí)，壓制次數(shù)小于5次。

6.加熱及壓制過(guò)程，母材試板應(yīng)相應(yīng)出爐，入爐，完全模擬封頭片的受熱過(guò)程。

7.尺寸檢驗(yàn)

8坡口機(jī)加工

3.3 Y型鍛件的堆焊

為保證Y型鍛件堆焊過(guò)程中無(wú)變形，工藝采用Y型鍛件與封頭焊接后進(jìn)行堆焊的方式，盡可能控制堆焊變形。

3.4 裙座筒體的制造

錐體由三張鋼板卷制而成，具體制造工藝措施如下。

a下料

展開(kāi)尺寸按排版圖，大小口不留余量（即高度方向上無(wú)余量），展開(kāi)方向留2倍的板厚作為壓頭余量。

b預(yù)熱

切割區(qū)域及邊緣100mm采用電加熱片預(yù)熱，加熱溫度125℃±20℃保溫，測(cè)得反面溫度≥100℃時(shí)切割，低于80℃需火焰補(bǔ)熱.板材進(jìn)行機(jī)加工，去除約2mm的氣割淬硬層?？v縫的一條邊加工平齊，作為壓制時(shí)的基準(zhǔn)邊。板上小口邊緣打磨成連續(xù)圓角R5，不允許出現(xiàn)個(gè)別間斷

c溫卷卷制

裙座錐體板壓頭前，使用電加熱片對(duì)壓頭區(qū)域及向內(nèi)600mm范圍內(nèi)預(yù)熱，預(yù)熱300℃～250℃，測(cè)加熱片側(cè)反面溫度達(dá)到250℃之后進(jìn)行壓頭（兩頭壓頭），壓頭長(zhǎng)度不小于500mm，使用樣板進(jìn)行測(cè)量，壓制后打磨去除壓痕，并對(duì)打磨區(qū)域100%MT檢測(cè)I級(jí)合格。

d切頭，進(jìn)行二次下料，切頭之后按排版圖要求機(jī)加工坡口。

e錐體板材進(jìn)行爐內(nèi)加熱，底部墊高500mm以上加熱，加熱溫度至677℃±15℃保溫，保溫2.5h。升溫速度小于等于30～65℃/h. 開(kāi)爐后吊至卷板機(jī)上找正卷制，終卷溫度≥50℃，小于50℃不允許在卷制。

f錐體組裝焊接，焊接按焊接工藝。尺寸公差：小口橢圓度：16mm（I.D.4578.3±8mm）大口橢圓度（I.D.5372.1±12.5mm），縱縫錯(cuò)邊量小于5mm，棱角度小于5mm。

4.復(fù)合板基層SA-387 Gr11 CL1焊接總體要求

4.1坡口加工

A，B類坡口采用機(jī)械加工，開(kāi)孔處采用等離子切割，切割從內(nèi)測(cè)開(kāi)始以避免污染復(fù)層。切割時(shí)對(duì)切割周圍進(jìn)行干預(yù)熱，預(yù)熱溫度 ?80°C左右，對(duì)于采用熱切割方法加工的坡口須采用磨光機(jī)打磨去除淬硬層。所有坡口表面在加工完畢進(jìn)行PT檢測(cè)。復(fù)層剝邊采用機(jī)械剝邊，剝邊寬度按設(shè)計(jì)圖紙要求，剝邊后用試劑檢測(cè)，剝離干凈后方可進(jìn)行基層的焊接。

4.2焊材使用要求

焊條及焊劑在使用前按廠家規(guī)定的溫度進(jìn)行烘干，焊工每次領(lǐng)用量不得超過(guò)4h的用量，盡量避免二次烘干，領(lǐng)取時(shí)放在通電的保溫筒內(nèi)隨取隨用，焊條電弧焊時(shí)焊工手中拿出的焊條根數(shù)不得超過(guò)2根。

4.3定位焊

對(duì)于組對(duì)前的定位焊采用SMAW進(jìn)行定位焊，定位焊所采用的焊條與正式焊條一致，E8018-B2Φ4.0，并在定位焊前進(jìn)行預(yù)熱，定位焊引弧及收弧部位不允許在母材表面進(jìn)行，只允許在坡口內(nèi)測(cè)引弧。對(duì)于間斷定位的焊縫每段定位焊長(zhǎng)度以20～30mm為宜，定位焊后立即用保溫棉保溫緩冷。要求定位焊焊縫無(wú)任何裂紋、夾渣等缺陷。

焊前固定盡量少用拉筋板，對(duì)于需要采用拉筋板進(jìn)行定位的焊縫，拉筋板的材料須與母材一致，焊條須與正式焊縫一致，焊前預(yù)熱要求同上，并要求焊縫無(wú)缺陷，焊后立即進(jìn)行保溫緩冷，去除拉筋板時(shí)采用留根打磨，不允許采用強(qiáng)力拆卸，去除后進(jìn)行100%MT檢測(cè)無(wú)缺陷。

4.4預(yù)測(cè)及層間溫度要求

4.4.1 預(yù)熱溫度及范圍

對(duì)于定位焊、正式焊縫焊接前無(wú)論厚度焊前均需預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～180°C，預(yù)熱范圍為焊接處周圍各不少于3倍板厚，且不得少于120mm。要求預(yù)熱溫度均勻，如果溫度不均勻，不但不減少焊接應(yīng)力，反而會(huì)出現(xiàn)增大焊接應(yīng)力的情況。預(yù)熱須保持至焊接結(jié)束，并控制層間溫度在150～220°C范圍內(nèi)。

4.4.2預(yù)熱方法

預(yù)熱可采用火焰加熱或電加熱方法，當(dāng)采用火焰加熱時(shí)，須采用氧乙炔火焰進(jìn)行加熱，氧乙炔需進(jìn)行充分的燃燒，采用外焰進(jìn)行加熱，對(duì)環(huán)形工件應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)均勻加熱;當(dāng)用電加熱時(shí)，應(yīng)使用保溫棉將電加熱器全部覆蓋。

4.4.3測(cè)溫方法

預(yù)熱時(shí)應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行測(cè)溫，只有當(dāng)工件表面達(dá)到規(guī)定的最低預(yù)熱溫度并保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后待溫度均勻后方可施焊，測(cè)溫采用接觸式測(cè)溫儀進(jìn)行，且應(yīng)在加熱源的背面進(jìn)行測(cè)溫。施焊過(guò)程中，須隨時(shí)進(jìn)行測(cè)溫加強(qiáng)監(jiān)控，若發(fā)現(xiàn)焊件表面的溫度低于規(guī)定的預(yù)熱溫度的情況，應(yīng)及時(shí)調(diào)大火焰功率，或增加火嘴（指火焰加熱），或及時(shí)通電加熱（電加熱時(shí)）。

4.5焊接操作要求

4.5.1焊前須仔細(xì)閱讀WPS要求，嚴(yán)格執(zhí)行WPS上關(guān)于預(yù)熱溫度、層間溫度、焊接參數(shù)的要求，嚴(yán)格控制焊接熱輸入不超過(guò)WPS上的規(guī)定，采用多層多道排焊，層間仔細(xì)清渣，每條焊縫焊接過(guò)程盡量不要中斷，如需中斷焊接厚度至少為板厚的1/3且在中斷前立即進(jìn)行清氫處理，并在焊前重新進(jìn)行預(yù)熱。

4.5.2 采用焊條電弧焊焊接時(shí)，采用多層多道排焊，避免擺動(dòng)過(guò)寬焊道，且擺動(dòng)寬度不超過(guò)焊條直徑的3倍，并控制每根焊條焊接長(zhǎng)度不低于WPS的規(guī)定。

4.5.3 埋弧焊時(shí)嚴(yán)格控制熱輸入，控制每層焊縫厚度不超過(guò)3.5mm，在能分道焊接時(shí)必須采用多道焊，且盡量每層的焊道數(shù)相同。

4.5.4 GTAW僅用于小接管與法蘭的打底焊，不能用于A，B，D類焊縫的打底焊。

4.5.5 對(duì)于雙面焊縫在一側(cè)焊完后立即進(jìn)行清氫處理后才能進(jìn)行清根，清根可采用碳弧氣刨清根，清根時(shí)溫度至少為150°C，碳刨清根后用磨光機(jī)打磨去除滲碳層。

4.5.6 所有基層焊接至距復(fù)層剝邊處停止焊接，避免基層焊縫金屬焊接至復(fù)層處。

4.6焊縫檢查

焊接過(guò)程需仔細(xì)檢查焊接質(zhì)量，如焊接過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題需及時(shí)處理，對(duì)于焊縫表面缺陷，如咬邊、氣孔、夾渣及尺寸欠缺需及時(shí)修補(bǔ)，避免反復(fù)進(jìn)行加熱、消氫等

4.7消氫及中間熱處理

焊縫在焊接完畢后立即進(jìn)行消氫處理，消氫處理溫度為315～350°C，保溫時(shí)間至少為2h。

中間熱處理：對(duì)于拘束應(yīng)力大的焊接結(jié)構(gòu)，在焊接完畢后立即進(jìn)行中間熱處理代替消氫，中間熱處理溫度為600～620°C，保溫時(shí)間據(jù)厚度而定。

消氫及中間熱處理采用電加熱帶或在爐內(nèi)進(jìn)行，不允許采用火焰局部加熱。

4.8工裝卡具的焊接及去除

工裝卡具只能焊接在基層上，直接與母材焊接的工裝卡具所用材料須與主體相同，焊材采用與主體相同的焊接。工裝卡具的焊接與正式焊接要求相同，包括焊前預(yù)熱及消氫或保溫緩冷。工裝卡具的去除采用留根打磨，不允許強(qiáng)力去除。去除后進(jìn)行100%MT檢測(cè)無(wú)缺陷，并對(duì)裝過(guò)工裝卡具的部位進(jìn)行書(shū)面記錄。

5.SA-240 410S復(fù)層的焊接

5.1復(fù)層焊接前基層焊縫須經(jīng)RT，MT，PT檢測(cè)合格后方可進(jìn)行復(fù)層的焊接。復(fù)層焊接至少為3層，焊接完畢后在距表面向下1.5mm范圍內(nèi)進(jìn)行化分檢測(cè)。

5.2 過(guò)渡層的焊接：對(duì)于主體A，B，D類焊縫過(guò)渡層的焊接采用GTAW或復(fù)層與基層的交界處采用GTAW Φ2.4進(jìn)行焊接，焊材：ERNiCr-3，焊接順序如下圖，先焊接邊緣處焊道，再焊中間焊道。焊前對(duì)基層進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度至少為150°C。焊接過(guò)程中注意觀察有無(wú)裂紋出現(xiàn)，如有裂紋需及時(shí)打磨去除重新焊接。

5.3 其余層的焊接：過(guò)渡層焊接完畢且經(jīng)無(wú)損檢測(cè)合格后進(jìn)行其余層的焊接，焊接采用SMAW，焊條ENiCrFe-2 Φ3.2，焊接時(shí)采用小電流，快速排焊，焊接過(guò)程中間層溫度≤150°C。

6.各部件的焊接特點(diǎn)

6.1下封頭組件的焊接

6.1.1下封頭板壓成型部分SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S A03，A04的焊接

6.1.1.1基層焊接

采用埋弧焊，焊材F8P2-EB2R焊接時(shí)雙面交錯(cuò)焊接，以防止產(chǎn)生過(guò)大的焊接變形。焊接總體要求按上述第3條款進(jìn)行。焊接順序如下：

1）先焊帶復(fù)層側(cè)基層焊縫，焊接完畢后從背面清根，清根后立即進(jìn)行315～350°C/2h消氫處理。（注：如果為了更好的控制變形，在一側(cè)焊縫焊至一半需要翻身前，應(yīng)對(duì)焊縫立即進(jìn)行消氫處理，因?yàn)榍甯缚p要求進(jìn)行MT檢測(cè)，MT檢測(cè)需要降溫后才能進(jìn)行）

2）消氫處理完畢后對(duì)根部焊縫進(jìn)行FULL MT檢測(cè)。

3）焊接另一側(cè)基層焊縫及采用GTAW ERNiCr-3 Φ2.4焊絲對(duì)復(fù)層處進(jìn)行封邊

4）焊后立即進(jìn)行中間熱處理，熱處理溫度600～620°C/3h

5）熱處理完畢24h后對(duì)拼接焊縫進(jìn)行FULL RT+FULL UT+FULL MT（外側(cè)）+FULL PT（內(nèi)測(cè)）

6）墊不銹鋼襯條

7）溫壓成型

注：上述焊接過(guò)程要連續(xù)，否則需要進(jìn)行多次預(yù)熱，消氫，如需中斷需立即進(jìn)行消氫處理，并在焊接前重新預(yù)熱。

6.1.1.2復(fù)層焊接

1）壓制后進(jìn)行復(fù)層的焊接。因焊縫處于立焊位置，復(fù)層全部采用GTAW ERNiCr-3 Φ2.4進(jìn)行焊接。

2）焊接過(guò)渡層前需進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度至少150°C，過(guò)渡層焊接完畢后立即進(jìn)行315～350°C/2h消氫處理。

3）消氫處理完畢后對(duì)過(guò)渡層焊縫進(jìn)行FULL PT檢測(cè)。

4）焊接其余層焊縫，控制層間溫度≤150°C。

5）對(duì)所有焊縫進(jìn)行FULL RT+FULL UT+FULL MT（外側(cè)）+FULL PT（內(nèi)測(cè)）

6.1.2下封頭與Y型鍛件的焊接

Y型鍛件堆焊前與下封頭進(jìn)行組焊，基層焊接采用SAW，焊接完成且無(wú)損檢測(cè)合格后進(jìn)行Y型鍛件堆焊，堆焊加工裝采用帶極堆焊。

6.1.3下封頭開(kāi)孔接管焊接完畢后與Y型鍛件組成部件后進(jìn)行中間消應(yīng)力熱處理。中間熱處理600～620°C/3h，目的是降低堆焊后的應(yīng)力，為焊接環(huán)縫降低風(fēng)險(xiǎn)。

6.2筒體的焊接

6.2.1縱縫坡口：縱縫采用內(nèi)V外U坡口，如果卷制后需要修邊，坡口會(huì)被破壞，筒體一端縱縫只能用火焰切割成K型坡口。

6.2.2縱縫焊接：基層焊接采用SAW，先焊內(nèi)側(cè)基層，基層焊接完畢后從外側(cè)清根焊接外側(cè)基層，所有基層焊接完畢后進(jìn)行無(wú)所檢測(cè)，檢測(cè)合格后進(jìn)行復(fù)層的焊接。復(fù)層焊接采用GTAW+SMAW，焊材為ERNiCr-3+ENiCrFe-2，焊接要求見(jiàn)第3部分。

6.2.3縱縫進(jìn)行中間消應(yīng)力熱處理，然后校圓。

6.2.4環(huán)縫焊接：焊接要求同5.2.2

6.3 SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S（51+3mm）與SA-516 70（48mm）環(huán)縫的焊接要求

由于SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S與SA-516 70（48mm）熱處理溫度要求不同，所以熱處理需分開(kāi)考慮。

6.3.1 在SA-387 Gr11 Cl1 CLAD 410S（51+3mm）坡口側(cè)堆焊E7018-A1過(guò)渡型焊條并重新加工坡口后，隨鉻鉬鋼段進(jìn)行718°C熱處理。

6.3.2 SA-516 70筒體段（包括所有接管）焊接完畢后單獨(dú)進(jìn)行 ? ?600°C熱處理。

6.3.3 環(huán)縫焊接及熱處理：各自熱處理完畢后采用EH12K-F7P2進(jìn)行焊接，且無(wú)所檢測(cè)合格后對(duì)環(huán)縫進(jìn)行局部熱處理，熱處理溫度 ? ?600 °C。

7.結(jié)束語(yǔ)

本論文針對(duì)流化床催化裂化和氣體回收塔的筒體封頭裙座的制造方案進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)對(duì)于上下封頭的縱環(huán)焊縫的焊接方法，及焊材選用，過(guò)渡階段的熱處理方式進(jìn)行了介紹。此制作方法已應(yīng)用在實(shí)際制作過(guò)程中，解決了不同材料過(guò)渡焊接時(shí)帶來(lái)的困難。也為以后有同類材料的焊接提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB150-1998《鋼制壓力容器》

[2] JB/T4746-2002《鋼制壓力容器用封頭》

[3] 郭晶. 焊接材料選擇原則和實(shí)踐[J].石油化工設(shè)備.2001，1（30）：41-43.

[4] JB4708-2000《鋼制壓力溶體焊接工藝評(píng)定》

[5] NB/T47002.1-2009《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板》

[6] JB/T4730-2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》

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