周同利,周奧偉,李福令,武洪喜

(1.青島堿業(yè)發(fā)展有限公司,山東 青島 266043;2.濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司,山東 濟(jì)南 250117)

青島堿業(yè)發(fā)展有限公司主要產(chǎn)品有小蘇打,小蘇打生產(chǎn)采用了公司自主研發(fā)的技術(shù),可以生產(chǎn)高品質(zhì)的低鹽、大顆粒產(chǎn)品小蘇打,在國(guó)內(nèi)外主要占領(lǐng)高端市場(chǎng),產(chǎn)品具有很高的知名度。

1 不銹鋼焊縫泄漏問(wèn)題

小蘇打廠生產(chǎn)過(guò)程使用不銹鋼設(shè)備較多,不銹鋼管線(xiàn)也非常多,對(duì)于某些設(shè)備或者管線(xiàn)存在泄漏問(wèn)題,常規(guī)的處理方法是在出現(xiàn)漏點(diǎn)的地方補(bǔ)焊一道焊縫,蓋住漏點(diǎn)位置即可。

但是,在小蘇打生產(chǎn)設(shè)備和管線(xiàn)中,這種補(bǔ)焊方式很難見(jiàn)效,在某些位置出現(xiàn)泄漏點(diǎn)后,在泄漏點(diǎn)位置補(bǔ)焊一道焊縫,蓋住漏點(diǎn)位置,過(guò)了一段時(shí)間,補(bǔ)焊后的新焊縫位置又慢慢出現(xiàn)滲漏,隨后逐漸擴(kuò)大,又發(fā)展成新漏點(diǎn)了,在某些位置常規(guī)的補(bǔ)焊方式失效了。焊工師傅的描述為小蘇打不銹鋼焊“炸”了,即焊接后焊劑與母材不“聚”。

小蘇打NaHCO3弱堿性物質(zhì)與不銹鋼304中的金屬元素發(fā)生了反應(yīng),在長(zhǎng)期使用過(guò)程中,導(dǎo)致不銹鋼304金屬材料內(nèi)部出現(xiàn)微孔或者細(xì)微裂紋,再次焊接時(shí),焊劑與母材融合性能不好,再加上焊接熱量高溫的影響作用,加劇了微孔或者細(xì)微裂紋的擴(kuò)大,導(dǎo)致再次焊接后仍然滲漏,這就是焊接失敗的主要原因。

2 改進(jìn)分析

2.1 不銹鋼材料分析

小蘇打不銹鋼設(shè)備或者管線(xiàn)絕大多數(shù)采用了304不銹鋼,304為美國(guó)牌號(hào),對(duì)應(yīng)中國(guó)牌號(hào)為0Cr18Ni9不銹鋼。304不銹鋼是一種通用型的不銹鋼,廣泛地用于制作良好綜合性能(耐腐蝕和成形性)的設(shè)備和零部件。

316不銹鋼(0Cr17Ni12Mo2)具有耐腐蝕、耐高溫、加工硬化性好的特點(diǎn),常用于化工設(shè)備、船用配件、食品加工機(jī)械設(shè)備、焊管、醫(yī)療器械等,主要用在防腐蝕要求較高的環(huán)境。但是,316不銹鋼每噸價(jià)格30 000元,價(jià)格昂貴,304不銹鋼每噸價(jià)格22 000元。性?xún)r(jià)比符合情況下,316材料也可以采用。

原來(lái)設(shè)備管線(xiàn)采用不銹鋼304材質(zhì),且設(shè)備和管線(xiàn)已安裝完畢,已經(jīng)開(kāi)始了小蘇打生產(chǎn)工藝過(guò)程,全部更換成本費(fèi)用投資巨大,也不符合實(shí)際應(yīng)用過(guò)程,只能以后分階段對(duì)部分管道逐步采用更高性能的316材料。

2.2 焊接工藝分析

焊機(jī):化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)只能采用普通手工電弧焊機(jī)或氬弧焊機(jī),其它先進(jìn)焊接技術(shù)在化工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法或者很難采用,焊機(jī)改進(jìn)可能性不大。

焊條:A302焊條適用普通電弧焊機(jī)。采用普通常用的奧氏體302焊條,A302是鈦鈣型藥皮的Cr23Ni13不銹鋼焊條,A302熔覆金屬具有良好的抗裂性能及抗氧化性能,可交直流兩用,具有良好的操作工藝性能。不銹鋼304焊條適用于氬弧焊機(jī)。兩種焊接的焊條改進(jìn)可能性不大。

3 補(bǔ)焊工藝改進(jìn)

小蘇打不銹鋼設(shè)備或者管線(xiàn)漏點(diǎn)是因?yàn)榻饘俨牧蟽?nèi)部出現(xiàn)微孔或者細(xì)微裂紋,補(bǔ)焊時(shí)容易出現(xiàn)裂紋擴(kuò)大等問(wèn)題,當(dāng)焊縫強(qiáng)度較高而母材強(qiáng)度較低時(shí),容易產(chǎn)生剝離,尤其對(duì)于大面積的裂紋補(bǔ)焊是不容易獲得成功的,因此在制定補(bǔ)焊工藝時(shí),盡量減小熔合比,調(diào)整熱影響區(qū),松馳焊接應(yīng)力,才能使的裂紋補(bǔ)焊獲得成功。

為此,專(zhuān)門(mén)針對(duì)小蘇打工序不銹鋼件的特點(diǎn),制定專(zhuān)門(mén)焊接工藝,試驗(yàn)焊接效果基本滿(mǎn)足要求,下面詳細(xì)介紹焊接工藝。

1)焊前預(yù)熱:用氣焊火焰加熱烘烤,焊前將接口周?chē)A(yù)熱,以縮小焊縫與不銹鋼件的溫差,減慢冷卻速度,防止熱影響區(qū)產(chǎn)生淬硬組織,起到防止裂紋的加劇擴(kuò)大作用。

2)采用多層多道焊:多層焊時(shí),與母材相連接的第一層焊縫質(zhì)量十分關(guān)鍵,一定要細(xì)心施焊,主要原因也是為了分散熱量,關(guān)鍵是在焊口兩側(cè)與母材交界的那一層焊道上,要嚴(yán)格控制電流,運(yùn)條要快,必須使焊縫與母材熔合良好。

第一道焊縫,采用氬弧焊焊接,不僅僅保證焊接效果,還防止焊渣掉入設(shè)備和管道內(nèi)側(cè),難以清除出來(lái),進(jìn)入生產(chǎn)系統(tǒng),造成產(chǎn)品有黑渣等異物。

中間的焊道,其焊縫金屬的塑性會(huì)較好,可以采用手工電弧焊,當(dāng)然也可以繼續(xù)使用氬弧焊,采取合理的焊接順序,還能有效地防止焊縫剝離。

3)錘擊焊縫:合理錘擊焊縫,是減少焊接應(yīng)力的有效措施,錘擊焊縫使焊縫金屬延展,松弛焊接應(yīng)力。

4)每層焊后清熔渣:應(yīng)注意層間和道間清理,將焊縫表面熔渣、有害氧化物、油脂、銹跡等清除干凈后再繼續(xù)施焊,可以防止焊渣掉入設(shè)備和管道內(nèi)側(cè),造成產(chǎn)品有黑渣。

對(duì)接焊縫低于母材時(shí)必須再補(bǔ)焊。

5)焊接保溫:焊后立即在焊接區(qū)周?chē)?用巖棉板等復(fù)蓋保溫使之緩慢冷卻,焊接后緩冷措施,能使工件與焊縫的溫差縮小,減慢冷卻速度,有效地防止裂紋的產(chǎn)生。

6)檢驗(yàn):焊接接頭進(jìn)行外觀檢查,焊接表面不得有裂紋和夾渣,符合標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)規(guī)定。

4 不銹鋼材料補(bǔ)焊實(shí)例

4.1 熱堿液罐底板焊接

選擇熱堿液罐為代表的不銹鋼設(shè)備進(jìn)行闡述,拆卸下來(lái)熱堿液罐底板的存在裂紋和微孔,在部分鋼板表面上清晰可見(jiàn)。

焊接方法:切割用等離子,加高壓空氣,等離子切割鋼板1 m×1 m,焊接采用氬弧焊,用氬氣保護(hù)焊接,氬弧焊焊條型號(hào)選用不銹鋼304焊條,焊接電流120～180 A,直接,對(duì)角燒焊。

焊接后,設(shè)備使用正常,滿(mǎn)足小蘇打生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備的要求。

4.2 碳化塔塔體漏點(diǎn)焊接

碳化塔是小蘇打生產(chǎn)的主要反應(yīng)設(shè)備,由碳酸鈉Na2CO3和二氧化碳CO2反應(yīng)生成碳酸氫鈉NaHCO3,塔體位置出現(xiàn)漏點(diǎn)。

焊接方法:在塔體外側(cè)補(bǔ)焊一圈加強(qiáng)不銹鋼圈,把漏點(diǎn)位置徹底蓋住,全過(guò)程采用氬弧焊焊接,氬弧焊焊條型號(hào)選用不銹鋼304焊條,此法簡(jiǎn)單易行,保證焊接效果明顯。

4.3 管道焊接實(shí)例

小蘇打生產(chǎn)的管道非常多,包括彎頭、三通及四通等連接點(diǎn),在拐角位置因流體沖刷,更易造成漏點(diǎn),是整個(gè)管道系統(tǒng)的最薄弱點(diǎn),更需要關(guān)注,管道出現(xiàn)漏點(diǎn)的比例非常大,約占80%以上,焊接工作量非常大。

焊接方法:采用氬弧焊打底第一道焊縫焊接,焊條型號(hào)選用不銹鋼304焊條,第二道焊縫開(kāi)始,再采用手工電弧焊機(jī),焊條選擇A302不銹鋼焊條。

第一道焊縫,采用氬弧焊焊接,不僅僅保證是焊接效果,還因?yàn)椴讳P鋼焊條沒(méi)有外層藥皮,減少了藥皮焊渣掉入管道內(nèi)側(cè)。

實(shí)用技巧1:因舊管道焊接性能差,易造成焊接后再漏,采取直接更換部分材料管子的方法,非常簡(jiǎn)單,卻效果非常明顯。

在泄漏點(diǎn)位置處,更換一段新短節(jié)管道,長(zhǎng)度約300 mm,新短節(jié)管道替換了漏點(diǎn)管道,所以焊接效果良好。

4.4 溫度測(cè)控點(diǎn)焊接

碳化塔溫度測(cè)控點(diǎn)等監(jiān)測(cè)點(diǎn),此位置由直徑大的管道和直徑小的管道交叉點(diǎn),此處位置因流體沖刷,也易造成漏點(diǎn),也是管道系統(tǒng)的一個(gè)最薄弱點(diǎn)。

焊接方法:采用氬弧焊打底第一道焊縫焊接,焊條型號(hào)選用不銹鋼304焊條,第二道焊縫開(kāi)始,再采用手工電弧焊機(jī),焊條選擇A302不銹鋼焊條。

實(shí)用技巧2:因舊管道焊接性能差,易造成焊接后再漏,在條件允許的有些位置采取了漏點(diǎn)處覆蓋一塊不銹鋼板,把該不銹鋼板焊接在設(shè)備上,再在該不銹鋼板上焊接溫度測(cè)控接管底座,這個(gè)方法簡(jiǎn)單,效果明顯。

按照上述方法焊接后,小蘇打設(shè)備或者管線(xiàn)使用正常,絕大多數(shù)滿(mǎn)足小蘇打生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備或者管線(xiàn)的要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

采用以上工藝補(bǔ)焊后,經(jīng)焊縫質(zhì)量檢查,成形良好,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋及滲漏現(xiàn)象,達(dá)到了質(zhì)量要求,滿(mǎn)足設(shè)備使用要求。

通過(guò)補(bǔ)焊,證明選定的工藝方案是可行的,采用正確的焊接工藝規(guī)程,合理錘擊焊縫,調(diào)整焊接熱的輸入,可避免因熱應(yīng)力誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生,正確的焊前預(yù)熱和焊接后緩冷措施,可避免接頭產(chǎn)生淬硬組織,并有效防止裂紋的產(chǎn)生。