不锈钢储罐的焊接施工.pdf
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1、中 国 石 化 集 团 第 二 建 设 公 司 2007年7月7日 第 1 页 共 8 页 作者:万志红 不锈钢储罐的焊接施工不锈钢储罐的焊接施工不锈钢储罐的焊接施工不锈钢储罐的焊接施工 【摘要摘要摘要摘要】 本文结合公司上海拜耳项目部承建的 6 台不锈钢拱顶罐工程实践,介绍 了不锈钢储罐的施焊技术和施焊工艺。 关键词关键词关键词关键词 奥氏体 不锈钢 储罐 焊接 变形 控制 1 引言引言引言引言 2006 年公司上海拜耳项目部承建了 6 台不锈钢储罐, 其顶部为圆拱形固定顶结 构,全部采用倒装法安装,主体采用氩弧焊打底,手工电弧焊盖面的焊接方法。主 要技术参数见下表: 储罐 序号 材质 容积
2、 M3 壁厚 /mm 底板厚 /mm 顶板厚 /mm 直径 /mm 高度 /mm 主要焊材 1 304L 500 6 12 6 9000 9505 ER308L/A002 2 304L 1000 69 14 6 11500 12776 ER308L/A002 3 304L 8000 828 14 6 28000 17083 ER308L/A002 4 316L 750 68 12 6 9500 12556 ER316L/A022 5 316L 750 68 12 6 9500 12556 ER316L/A022 6 316L 1000 69 14 6 11500 11776 ER316L/A0
3、22 2 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢的焊接特点的焊接特点的焊接特点的焊接特点 304L 和 316L 均属于奥氏体型不锈钢,这类不锈钢焊接的主要问题是焊接接头 容易出现热裂纹、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂以及焊接变形。 在铬镍奥氏体不锈钢焊缝金属中,如果形成低熔点共晶的元素(如 C,Si,S,P 等)含量较高时,就可能在结晶后期以低熔点液膜的形式存在于奥氏体柱状晶体之 间,当焊接熔池继续冷却而产生收缩时,被液膜分隔的晶体边界就会被拉开而形成 裂纹。又因奥氏体不锈钢的热导率小,线膨胀系数大,延长了焊缝金属在高温区停 留的时间,同时焊接区在冷却期间焊接接头必然承受较大的拉应力,也会
4、导致热裂 纹的产生。 奥氏体不锈钢在 450800的敏化温度区间内加热时,会使碳化铬沿奥氏体晶 界析出,晶内的 Cr 扩散速度比 C 慢,Cr 补充不上,当 Cr 含量下降到耐腐蚀所要求 不 锈 钢 储 罐 的 焊 接 施 工 2007年7月7日 第 2 页 共 8 页 作者:万志红 的极限值 w(Cr)12,即形成贫 Cr 区,从而导致晶间腐蚀。 应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开 裂现象。 奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂主要表现为无塑性变形的脆性破坏。 由于奥氏体不锈钢热导率小和线胀系数较大的特点,在焊接局部加热和冷却的 条件下,焊接接头在冷却过程中可
5、形成较大的拉应力,导致焊缝及其周围区域产生 较大的焊接变形。 3 不锈钢焊接的要点不锈钢焊接的要点不锈钢焊接的要点不锈钢焊接的要点 根据奥氏体不锈钢的焊接特点,施工过程中主要就是控制焊接接头的热裂纹、 耐蚀性和变形。因此不锈钢焊接的工艺规范必须采用较小的热输入和线能量,即小 电流、快焊速、短弧窄道焊,同时应严格控制层间温度在 100以下,并合理的安 排焊接顺序。 3.1 热裂纹的控制热裂纹的控制热裂纹的控制热裂纹的控制 控制热裂纹除了合理的选择焊材即选择含碳量低的金属, 并严格控制氢的来源, 尽可能选择优质低氢焊条外,最主要的是采用合理的焊接工艺。储罐环缝焊接过程 中,几乎没有热裂纹出现,而在
6、立焊缝焊接过程中容易出现热裂纹。主要原因是: 首先,由于储罐壁板焊接时立焊缝先焊接,其组对焊接应力远远大于环焊缝受的应 力;其次,横焊缝电弧连续,借助于电弧吹力,再加上横焊缝熔池流淌性好于立焊 缝,能保证熔池内铁水饱满;再次,因为立焊缝采用灭弧焊手法,收弧、引弧点多, 点与点之间间隔难控制,容易形成弧坑热裂纹。因此在立焊焊接时,收弧要慢,填 满弧坑,成月牙型收弧。并控制好每次引弧、灭弧时间间隔,保证上一次弧点变为 暗红色之前,进行下一点引弧焊接。控制好运条的角度及弧长,即采用短电弧灭弧 焊,焊条与壁板成 90角。因电弧吹力小,再加上大的焊接角度能保证弧坑熔池内 铁水,避免出现弧坑裂纹。 3.2
7、 耐蚀性的控制耐蚀性的控制耐蚀性的控制耐蚀性的控制 不锈钢焊接最容易产生的问题就是晶间腐蚀,在保证焊接质量的前提下,宜采 用小电流,快速焊和短弧窄道焊,以减少热影响区的范围。尤其是厚度较薄的不锈 钢板,宜采用直流反接法,以减少熔池产生过热现象和烧穿现象。当采用双面焊接 时,与介质接触的焊接面后焊。储罐内侧与介质接触,放在最后焊接,焊后做酸洗 中 国 石 化 集 团 第 二 建 设 公 司 2007年7月7日 第 3 页 共 8 页 作者:万志红 钝化处理,增强耐腐蚀能力。在焊接材料的选择方面,宜选用超低碳的焊条和焊丝, 如牌号为 A002/A022 的焊条和 ER308L/ER316L 焊丝。
8、 奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式,其预 防措施主要有: (1)合理制定成型加工和组装工艺,尽可能减小冷作变形度,避免强制组装, 防止组装过程中造成各种伤痕。 (2)采取合适的焊接工艺,保证焊缝成型良好,不产生任何应力集中或点蚀的 缺陷,例如咬边、焊缝高度超标、飞溅对母材造成的污染等。 (3)采取合理的焊接顺序,降低焊接残余应力水平。 3.3 焊接变形的控制焊接变形的控制焊接变形的控制焊接变形的控制 不锈钢储罐施工最大的难点就是焊接变形的控制。在储罐的施工过程中,由于 预制精度、组装误差和焊接时的热胀冷缩等,储罐底板、壁板和顶板都会产生不同 程度的变形。 这种变形
9、以焊接变形为主。 焊接变形是由于焊缝被高温加热急剧膨胀, 然后冷却引起焊接处的收缩和弯曲而产生的。储罐变形若在标准允许范围内,则不 会影响储罐的使用,若储罐变形超过标准许可的范围,不仅会影响储罐的外观,而 且还会在外载荷的作用下产生应力集中和附加应力,降低储罐的使用能力,使储罐 的安全性下降,严重的则会影响储罐的使用。 控制不锈钢的焊接变形有很多措施,如采用小线能量焊接、合理的安排焊接顺 序、利用反变形的原理、采用夹具刚性固定以及焊后用小锤锤击焊缝等。下面结合 生产实践,介绍一下这些措施在储罐焊接施工中的具体应用。 3.3.1 底板变形的控制底板变形的控制底板变形的控制底板变形的控制 底板焊接
10、最不易控制的就是焊接变形, 其中波浪变形和角变形是最常见的变形。 控制底板的焊接变形应注意以下几点: 1、边缘板外缘 300mm 的焊接。因大型储罐边缘板外缘 300mm 要求 RT 探伤, 为防止焊缝两端的缺陷对拍片的影响,一般焊接时焊 400mm 长。对于有弓形边缘 板储罐,考虑到收缩变形,边缘板的组对应采用外窄内宽的不等间隙(如图 1) ,以 便在先焊外侧焊缝的过程中,由于焊缝的热收缩使间隙归于一致,保证焊后边缘板 的平整度。 根据经验, 外侧先焊的间隙较小为 67mm, 内侧的间隙较大为 812mm。 不 锈 钢 储 罐 的 焊 接 施 工 2007年7月7日 第 4 页 共 8 页
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