大型空分裝置鋁鎂合金塔器現(xiàn)場組對焊接施工質(zhì)量控制

馬永春

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

【關鍵詞】鋁鎂合金；質(zhì)量控制；預熱；組對焊接；垂直度

0 概述

隨著空分設備設計、制造技術不斷進步及氣體工業(yè)的迅速發(fā)展， 空分制氧工程越來越呈現(xiàn)出大型化發(fā)展趨勢。因此制氧工程中分餾塔塔器的整體尺寸和重量越來越大。設備制造廠由于運輸限制原因，往往考慮分段運輸至工程現(xiàn)場，交由施工單位在現(xiàn)場進行組對焊接。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接過程中的質(zhì)量控制，包括上塔與下塔主冷凝器組合體對接、上塔分段對接、粗氬塔分段對接等。分餾塔是制氧機的關鍵工藝設備，長期在低溫深冷狀態(tài)下工作。其作用實利用空氣的各種組份具有不同會發(fā)性，即在同一溫度下各組份的蒸汽壓不同，將液態(tài)空氣進行多次部分蒸發(fā)與冷凝，達到分離各組份的目的，制造出氧、氮、氬等產(chǎn)品。其安裝具有組對焊接工作量大、焊縫質(zhì)量要求嚴格、安裝垂直精度高的特點。由于塔器直徑大、塔壁較厚、重量大、組對接口位置高，在施工過程中有效控制組對、焊接質(zhì)量難度較大。因此，有效保證塔器組對焊接質(zhì)量十分重要。

1 塔器組對焊接質(zhì)量標準

這里以林德設計、制造的塔器為例。

1.1 垂直度標準

上塔與下塔主冷凝器組合體、粗氬塔上下段組對前，已安裝的下段塔器垂直度偏差要求控制在5mm內(nèi)；組對焊接后，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）焊縫表面應成型良好，焊波均勻，焊縫與母材應圓滑過渡，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3mm；錯邊量不得超過3mm。

3）焊縫咬邊深度不得超過0.5mm；焊縫兩側(cè)咬邊總長度不得超過焊縫總長度的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0.2S且不大于2 mm的凹陷外，其它所有位置的焊縫表面應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。

1.3 焊縫的無損檢驗

焊縫經(jīng)外觀檢驗合格后須進行100%X射線檢查，焊縫內(nèi)部質(zhì)量應符合JB4730-2005Ⅱ級標準要求。

2 影響塔器組對焊接施工質(zhì)量的因素及保證措施

2.1 組對焊接工藝評定的適合性

由于塔器設備組對焊接難度大，質(zhì)量要求嚴格，在組對焊接前須進行焊接工藝評定。根據(jù)塔器設備廠家設計及制造要求、設備母材及焊絲性能要求，制作焊接試件，并對試件進行拉伸及彎曲力學試驗，確定適合塔器組對焊接的各種焊接工藝。如對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，制定出焊接工藝評定報告并編制形成作業(yè)指導書。

2.2 作業(yè)人員、工機具及作業(yè)環(huán)境

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

2）應選擇性能穩(wěn)定的交流氬弧焊機，并放置于冷箱相應高度的平臺上。檢查焊機的電流表、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)，保證大電流焊接時的冷卻速度和效果，并確保氬氣的純度滿足要求。

3）應選擇相對濕度較低的天氣進行組對焊接，不得在雨天或相對濕度80%以上的環(huán)境下進行，如果濕度過大容易產(chǎn)生氣孔和發(fā)渣現(xiàn)象。因此，組對空間位置應用彩條布封閉起來，使塔縫周圍保證一個相對穩(wěn)定的環(huán)境；在組對焊接位置附近懸掛干濕溫度計，及時反應空氣濕度，如果超標應采用加溫的方法烘烤，保證焊接環(huán)境適宜。

2.3 吊裝組對前的準備檢查

1）塔體封板切除前應根據(jù)設計圖注明的切割線位置和塔體的幾何尺寸復測塔體的切割線和高度，確定現(xiàn)場對接切割線的準確性。

2）測量接口處的周長及橢圓度，掌握設備制造偏差情況，如發(fā)現(xiàn)偏差較大時應及時校正。并在圓周上準確標示出方位位置及角度，根據(jù)塔器直徑大小及實際情況確定等分方位點數(shù)，便于在組對過程中定位。

3）坡口加工： 由于大型空分裝置塔器壁厚較大（大多超過12mm）， 塔器對接焊縫均為橫焊，熔態(tài)鋁流動性大，為減少焊接層數(shù)，控制熱應力影響，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焊接時應采用Y型坡口（坡口角度、間隙、鈍邊等參數(shù)要求應符合圖樣設計及焊接工藝評定要求）。

上塔上下段、粗氬塔上下段組對焊接由于塔器構(gòu)造原因無法進行雙面對稱焊應采用V型坡口（坡口角度、間隙參數(shù)要求應符合圖樣設計要求及焊接工藝評定要求）。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：塔器組對焊接前，應制作一組模擬試板，其母材材質(zhì)、工藝條件、焊工、保護氣等均和正式焊接相同。在作業(yè)位置進行模擬焊接工藝條件的實地焊接試驗。試板焊接接頭應100%進行射線檢查，并符合要求。當達不到此要求時應分析原因，調(diào)整工藝。在確定焊接試驗合格后才能正式進行組對焊接。

2.4 塔器組對調(diào)整方法

1）塔器組對前，應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固定，防止下段塔在對接過程中垂直度發(fā)生變化。如可制作臨時抱箍沿塔器圓周布置，并固定在冷箱壁上。固定后復測一次，確認垂直度符合要求。

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

3）仔細核實管口方位，確保上下塔之間的0度線重合。離組對坡口下方150～200mm處均勻?qū)ΨQ裝設數(shù)對拐板卡具及千斤頂（裝設卡具數(shù)量應根據(jù)塔器直徑等實際情況確定），對接口進行找圓及錯邊量調(diào)整，確保符合要求。

4）離組對坡口上下方各200～300mm處均勻?qū)ΨQ裝設數(shù)對支撐耳板卡具及千斤頂（裝設卡具數(shù)量應根據(jù)塔器直徑等實際情況確定，并應錯開拐板方位布置），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）在對接口錯變量、間隙調(diào)整符合要求后；通過上段塔器上部0°、90°、180°、270°四個方向掛設的倒鏈對上塔的垂直度進行精確調(diào)整，并通過塔體頂部0°、90°兩個方向鋼絲線墜測量塔體的垂直度偏差，確保上段塔器垂直度、上下段塔器復合后在總高范圍內(nèi)垂直度精度均符合要求。

2.5 焊接工藝順序及方法

1）塔器組對定位焊及正式焊接不應在雨天或焊接電弧1m范圍內(nèi)的相對濕度大于80%的環(huán)境下進行；焊接時風力不應不大于2m/s，必要時焊接區(qū)域應設置適當?shù)姆雷o設施。

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

3）在垂直度及焊縫間隙、錯邊量調(diào)整合格后，進行對稱定位點焊。先分別在0度、90度、180度、270度四定位焊， 之后逐步對稱進行； 定位焊間距250～300mm，長度80～100mm，高度不超過母材板厚，其焊肉質(zhì)量要求與正式焊縫相同。定位焊后應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）按照焊接工藝評定要求，對環(huán)縫進行正式焊接。

①定位焊結(jié)束后應測量塔器垂直度，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施焊。同時在焊接過程中通過塔體頂部0°、90°兩個方向鋼絲線墜不斷測量塔體的垂直度偏差；如偏差較大時應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，及時調(diào)整焊接位置和順序、焊接參數(shù)。

③焊接過程中保持吊車對上段塔器適當?shù)睦Γ乐购附幼冃我鹚w的垂直度偏差；每焊接一遍及時對塔器的垂直度進行檢測，調(diào)整吊車拉力及焊接順序和溫度，直至焊接全部完成。

④對稱施焊焊工應保持一致的焊接速度，每層焊道焊前應對前層焊道進行處理，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正式焊接應連續(xù)進行，一旦中斷，時間上不應超過15分鐘并應重新預熱，防止中斷時間過長造成焊接變形，焊縫間隙收縮錯邊量增大，焊縫氣孔等缺陷； 焊焊接中斷或結(jié)束時，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焊接操作過程中應注意保持焊槍、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°，焊槍與焊件之間應盡量保持垂直。輸送焊絲和焊槍的運行速度要配合好，一般采用快送少加焊絲的填絲方法，焊接中應使焊絲端部始終處于氬氣保護范圍之內(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吊具，避免引起焊縫變形。

3 結(jié)論

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

在林德氣體（煙臺）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)場組對焊接。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98.05%。

【參考文獻】

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[責任編輯：許麗]