不锈复合钢压力容器焊接方案.docx
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不锈复合钢压力容器焊接方案.docx
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不锈复合钢压力容器焊接方案
1编制说明
本焊接方案用于甲醇工程煤粉给料仓(V1205A/B)的不锈复合钢制压力容器的组焊。
由于该设备制造严重滞后,整个煤气化框架结构施工完毕,设备只能分段到现场组焊。
本方案经有关审批签字后,可作为V1205A/B现场焊接过程中必须遵守的焊接技术性文件,和合格的焊接工艺评定一起作为编制焊接指导书或焊接工艺卡的依据。
2编制依据
1)煤粉给料仓总装配图(03033-V1205A/B-01)
2)HG20584-98《钢制化工容器制造技术要求》
3)GB150-98《钢制压力容器》
4)JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》
5)JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》
6)JB4730-2004《压力容器无损检测》
3工程概况
V1205A/B煤粉给料仓Φ4168×(80+4),高H=19505mm,设备重144.555t。
壳体为不锈钢复合钢属二类压力容器,材质见下表。
序号
位号
材质
规格(mm)
设计压力(MPa)
工作压力(MPa)
介质
1
V1205A/B
16MnR+
00Cr17Ni14Mo2
Φ4168×(80+4)
5.72
4.7
气体+煤粉
2
法兰N1
16Mn+
00Cr17Ni14Mo2
Φ324×26
5.72
4.7
气体+煤粉
3
法兰N3、N4
16Mn+
00Cr17Ni14Mo2
Φ620×20
5.72
4.7
气体+煤粉
4
法兰N5
16Mn+
00Cr17Ni14Mo2
Φ540×20
5.72
4.7
气体+煤粉
V1205A/B分成两段,上段高约8354mm,下段高8415mm,另有插管上的法兰留到现场组焊,插管号为N1、N3、N4、N5。
现场焊接位置全为横焊。
4焊接材料的选用
焊接材料的选用的原则:
基层和覆层的焊接材料按各自的化学成分选用同材质的焊材。
主要的是覆层与基层之间的焊接材料的选用,如焊接材料选择不合适,不锈钢焊缝中Cr、Ni元素可能严重稀释,形成马氏体淬硬组织;Cr、Ni渗入低合金钢而严重脆化,产生裂纹。
因此,焊接过渡层时要使用含Cr、Ni量较高的奥氏体填充金属来焊接过渡区部分,以免出现淬硬组织。
被焊设备化学成分如下:
%
材质
C
Si
Mn
Cr
Mo
Ni
N
16MnR
0.12~0.2
0.2~0.6
1.2~1.6
00Cr17Ni14Mo2
≤0.03
≤1
≤2
16~18
2~3
12~15
0.12~0.22
根据以上设备母材的基层和覆层的化学成分选择焊材如下:
16MnR+00Cr17Ni14Mo2基层用J507焊条,覆层用A022焊条,过渡层选用Cr、Ni含量较高的A042焊条。
各种焊材的化学成分如下:
各种焊材的化学成分(%)
序号
焊材
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
Cu
1
J507
0.12
≤1.6
≤0.75
2
A022
≤0.04
0.5~2.5
≤0.9
17~20
11~14
2~3
0.75
3
A042
≤0.04
0.5~2.5
≤0.9
22~25
11~14
2~3
0.75
5焊接技术管理
5.1焊接工艺评定
1)焊接工艺评定应按JB4708-2000附录A进行,焊件材料确定后要正确选用焊材、坡口形式、适用于设备焊接的厚度范围,焊接设备,焊接工艺参数,焊条烘烤设备、焊缝质量检测、焊前预热与焊后热处理等。
2)试验项目应有拉力、弯曲(包括基层,过渡层和复层)和冲击,冲击试验只检验基层部分,分别在焊缝区和热影响区各取三个试件。
每项试验符合规定要求后方为合格。
3)焊接工艺评定合格后,方可进行下一步工序。
5.2焊工考试
1)对焊工应按被焊设备材质、位置等进行实际操作考试,在理论上进行学习,让参加施焊的焊工了解复合板的焊接知识和有关注意事项。
2)焊工考试应按《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》中耐蚀堆焊项目进行考试,考试合格应有质量监督部签发的焊工合格证,方可进行施焊。
5.3焊接材料管理
1)焊接材料确定后,焊接技术员或工号技术员按工程所需的数量提出焊接材料计划,经专业工程师审查,主管经理审批后物资供应部门在合格供方中进行采购。
2)焊材入库前必须进行检验,除通常要求具备相应炉批号、材质质量证明书外还应对焊材外观质量进行抽查,必要时要进行复验,并把每一批次的焊材质量证明书报施工监理单位。
3)焊材一级库必须按公司质量体系程序的要求进行管理,室内设去湿机,相对湿度不得超过60%,温度不得低于5℃。
保管员每天应做好记录,施工队二级库(烘烤室)设专职烘烤员,负责每天焊条烘烤和焊材的发放、回收,焊条回收后应重新烘烤,但不得超过两次,当第三次重新烘烤的焊条应降级使用,不得用于压力容器的焊缝焊接。
4)A022、A042、J507焊条烘烤参数见下表
焊条烘烤参数
序号
焊条牌号
烘烤温度(℃)
保温时间(h)
恒温温度(℃)
1
J507
350~400
1
150
2
A042
150~200
1
150
3
A022
150~200
1
150
焊条烘烤后应存放在恒温箱内,温度设定在100℃~150℃,焊条按根对焊工发放,烘烤员做好每个焊工的焊材领用记录,让每个焊工每天领取的焊材都有可追溯性,焊接复合板焊缝的过渡层焊接时只能领取过渡层的焊条,当过渡层全部焊接完后方可领取覆层焊条,以免用错焊材。
5)焊材一级库应有《焊材一级库管理规程》、《采购程序》和《保管员职责》。
二级库(烘烤室)应有《焊条烘烤规程》。
5.4焊接设备管理
焊接时电焊机选用逆变焊机或可控硅硅焊机,逆变焊机型号为ZX7-400,可控硅焊机型号为ZX5-630。
焊接设备(包括焊机、焊把线、焊条烘烤箱及焊条恒温箱、砂轮机、焊条保温筒等)要设立专人管理维护及保养,保证焊接设备的正常运转使用。
焊机必须具备电流表、电压表,同时还应计量校验合格。
焊条烘烤箱、恒温箱的电流表、电压表、时间继电器等都应计量校验合格。
5.5焊接环境要求
焊接环境出现下列任一情况时,必须采用有效的防护措施,否则禁止施焊:
1)风速:
>10m/s;
2)相对湿度大于90%;
3)雨雪环境;
4)当环境温度为0℃以下不应在露天施焊,在厂房内或搭建工棚内设暖气或碳火炉。
5.6焊接技术交底
施焊前焊接工程师或技术员应对施工班组下达焊接工艺指导书或焊接工艺卡,并对焊工及有关人员进行技术交底,参加人员在技术交底卡上签名,做到焊工及有关人员100%参加。
6焊接工艺
6.1不锈复合钢焊接特点
1)不锈复合钢是由较厚的低合金(16MnR)为基体,以较薄的不锈钢(00Cr17Ni14Mo2)为覆层复合扎制而成的双金属材料,其中覆层不锈钢保证耐腐蚀性,基层结构钢强度、温度而设计。
一般覆层占总厚度的5%~20%。
2)焊接材料选择不当或焊接参数不对时,不锈钢覆层的焊缝的Cr、Ni元素可能被严重稀释,形成马氏体淬硬组织,或者由于Cr、Ni强烈渗入基层而引起严重脆化,并产生裂纹;而在复合钢的过渡区,由于在焊接高温下碳的扩散。
从而在复合钢一侧交界区形成高硬度的富碳层和基层一侧的低硬度的脱碳层,富碳层内产生脆性组织,使其焊接接头塑性下降,同时,也使焊接接头的耐蚀性下降。
6.2筒体焊接
6.2.1坡口制备
根据施工现场实际情况应采用正X型坡口为好,坡口角度双面60°,复合板坡口如下:
6.2.2设备组对
1)组对前应对坡口内进行PT检测,合格后方可组对,组对时应做内壁(复层)齐平。
如有错边,其错边量最好控制在2mm左右。
2)点固焊应在基层内进行(设备外侧),点焊时应按要求进行预热,预热温度为150±20℃,焊条使用J507焊条,点焊工艺同焊接工艺。
6.2.3焊前预热、焊后后热
设备组对完成后,应经质检部门检查合格后方可进行下一个工序。
1)预热采用电热片加热,加热设置在焊件另一侧,当焊件温度达到所需的预热温度时方可施焊,焊接时电加热器应设恒温温度来控制焊缝的层间温度不低于预热温度。
焊前预热焊后后热温度如下表
母材
预热温度(℃)
后热温度(℃)
后热时间(h)
16MnR+00Cr17Ni14Mo2
130~170
300~350
≥1
2)当一侧的焊缝焊完需调整工作面时,对焊缝要进行后热处理,时间、温度见上表。
3)预热用电应采用双回路电源线,保证设备在焊接时不会因线路、电源故障停电,保证设备在焊接时的层间温度和焊接连续性,确保焊接质量。
4)预热及后热的宽度应为单面壁厚的三倍。
5)设备内的加热片设置因设备内的复层是超低碳不锈钢材料,加热片的磁铁吸附不上,需在焊缝两侧采用氩弧焊小线能量点焊共16个316L不锈钢的焊件来固定加热片,焊件位置离坡口边缘250mm,每侧8个焊件均匀分布。
点焊的焊材采用ER316L焊丝,热处理完成后用砂轮机打磨平,若有低于内壁的应进行补焊。
6.2.4焊接顺序和要求
1)焊接时应先焊内侧基层(有复合层一侧),焊前应对坡口内及两边进行打磨清除铁锈、油污等,还应在复层上涂一层防飞溅的涂料。
2)焊接时严禁在复层上引弧,基层焊条应在坡口内引弧,焊到离基层与复层结合部1~1.5mm时停止焊接。
筒体外侧焊接,焊接前对焊缝进行清根气刨,把因打底焊时产生的缺陷用碳弧气刨的方法清除干净,用气动或电动砂轮机打磨,必需把碳弧气刨的渗碳层打磨干净,打磨后进行PT检验。
目的是检查焊缝中有无气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹等缺陷,如发现缺陷,再打磨再PT,直至消除缺陷为止。
焊接前进行清除PT的显像剂并把焊缝内外的铁锈等污物清理干净,预热焊接。
3)当基层的外侧全部焊接完成时,把焊缝清理干净,凹凸部分用砂轮打磨圆滑过渡,进行后热,24小时后进行射线检测,表面PT及内部UT检验,所有的基层焊接缺陷都要进行返修,合格后方能下个工序。
6.2.5过渡层的焊接
1)过渡层焊接应同时熔合基层焊缝,基层母材和复层母材,且应盖满基层焊缝和基层母材。
见下:
2)过渡层焊接的预热温度同基层焊接的预热温度、层间温度不低于预热温度,过渡层焊完后焊缝应做后热。
温度同基层焊接的后热温度,当焊缝冷却后对过渡层进行表面渗透检验,合格后再进行复层焊接。
3)过渡层焊接时尽量采用小电流,严格控制电弧电压(工作电压)和电弧的摆动,使熔池与熔深尽量减少,以免过渡层金属与基层金属严重稀释,形成马氏体淬硬组织,或者Cr、Ni强烈深入基层而引起严重脆化,并产生裂纹。
4)过渡层焊接厚度
过渡层焊缝的厚度基层应占五分之二,复层占五分之三,见下图
6.2.6复层焊接
复层焊接采用和复层材质同等的焊条,焊接时如环境温度在5℃以上,不再做焊前预热以及层间温度的控制。
焊接时采用小电流、焊接电弧不摆动、多道焊,填满弧坑,多道焊时接头应错开。
不得有咬边、裂纹凹凸不平等缺陷,焊缝外观应平滑,焊缝间一道道应排列有序,有不尽意的地方可用砂轮打磨圆滑。
6.2.7焊接时注意事项
电焊的电缆线应严格检查有无破皮漏电的地方,如发现有破皮漏电应更换新的电焊把线,电焊把钳应做到不漏电,以免划伤设备,焊接时一定在坡口内引弧,特别是焊接设备内壁有复层的一侧时应严禁在坡口处引弧,决不允许焊接基层的焊条在复层上引弧或划伤复层。
如有以上情况发生,应对划伤部位进行打磨,PT或补焊。
6.3插管与法兰的对焊
1)插管与法兰采用V型坡口见下图
2)焊接时先焊基层,基层焊完后背面清理干净,经PT、RT检验合格后再焊过渡层,过渡层PT检验合格后,最后焊接复层。
7焊后后热及热处理
7.1焊后后热
当筒体一侧施焊完、基层焊缝施焊完等工序须停焊检查时,必须进行后热处理。
后热温度为300~350℃,保温时间为0.5h。
7.2焊后热处理
1)降低焊接接头的残余应力,改善焊缝的金属组织与性能,按规范要求进行焊后热处理,由于施工现场条件等因素,只能对被焊焊缝进行局部热处理,不锈复合材料应按基层材质条件进行处理,厚度范围应是基层加复层的厚度。
2)热处理加热带的宽度、环焊缝加热带宽应至少包括焊缝边缘两侧各3倍壁厚的宽度,管子对接焊为两倍。
3)热处理的升、降温及保温时间见下表
序号
基层钢种
热处理温度
升温
(℃/h)
降温
(℃/h)
保温时间(h)
1
16MnR
560~580
50~60
50~77
2.4
2
16MnR(插管+法兰)
560~580
50~200
50~200
1~1.5
注:
1.升温400℃前为自由升温,降温至400℃时为自由降温,需保温缓冷措施。
2.升温期加热区内任意长度5m内温差≤120℃,保温期间加热区内最高温度与最低温度差≤65℃。
插管与法兰的对接的热处理,采用线状加热器进行热处理。
4)保温期间,应控制加热带中央相当其一半宽度的范围内的温度达到的保温温度和允许的温度偏差。
同时,在加热带边缘测得的温度应不低于保温温度的1/2。
为此,应在加热带外和焊缝内侧设置足够宽度的保温带,以防止有害的温度梯度。
保温带的宽度一般为加热宽度的1倍以上。
5)热处理时应合理设置温度测量点,一般为每个加热单元设一个热控点,做好温度升降及保温曲线,并做好记录,包括热处理部位,测温点位置,使用热源,日期和操作者姓名,以备交工使用。
8焊接检验
8.1焊前检查
1)焊前检验的目的是预防和减少焊接时产生缺陷的可能性。
对压力容器的焊前检验尤为重要,组对前应对材质,坡口进行检查。
对不合格的坡口等应进行修理,组对后班组应进行自检,对对口间隙、错边量、设备垂直度等进行检查,经质检部门共检合格后方可进行施焊。
2)对焊材进行检查。
焊材上的标识是否明显,焊条的烘烤温度,保温时间是否按规程进行。
焊缝预热温度是否准确,测温点与设备表面接触是否严密。
8.2焊接中的检查
焊接中的检查目的是防止焊接过程中缺陷的形成和及时发现缺陷后进行处理。
主要是对焊接设备运行情况,焊接规范和焊接工艺执行情况以及多层多道焊过程中有无夹渣、未焊透、未熔合、气孔、咬边等缺陷的存在,层间温度的控制等及时发现,及时处理。
8.3焊缝的外观检查
焊缝的外观检查是用肉眼或放大镜检查清理干净的焊缝有无外观可见的超标缺陷,如咬边、气孔、夹渣、裂纹、弧坑等,并用测量工具检查焊缝的外形尺寸是否符合要求。
8.4焊缝的质量检验
通过射线、超声、表面渗透等方法对焊缝的质量检查,是保证容器的安全使用可靠性的检验。
对不锈复合钢焊缝的不同焊接阶段分别进行不同的无损检测。
当容器一侧焊完后背面清根后需做PT检验,主要是消除根部缺陷。
1)基层全部焊完后应对焊缝进行100%的射线探伤,100%的超声探伤和有复层面的基层焊缝100%的表面渗透检验。
2)当过渡层焊接完后进行100%的表面PT检验。
3)当耐蚀复层焊后对复层焊缝进行100%的表面PT检验。
4)射线探伤采用钴60射线,按《压力容器无损检测》JB4730-2005进行,Ⅱ级合格。
超声按JB4730-2005,Ⅰ级合格。
表面渗透按JB4730-2005。
5)当容器水压试验完成后应所有焊缝进行渗透检验。
9焊缝返修
1)对需要返修的缺陷应分析产生缺陷原因,提出返修措施,按评定合格的焊接工艺编制焊接返修工艺。
2)焊缝同一部位返修次数不宜超过二次。
3)返修前需将缺陷清除干净,必要时可采用UT定位等方法确认。
4)补焊部位应修整成宽度均匀、表面平整、便于施焊的凹槽,且两端一定有坡度。
5)预热温度比原焊缝焊接时适当提高点,后热温度同焊缝原后热温度。
6)返修焊缝质量检验要求应按原焊缝相同。
10焊接质量保证措施
10.1质量保证体系
质量保证工程师汤志强教授级高工
朱鸿滨高工
工艺质控系统责任工程师刘清芝高工
焊接质控系统责任工程师费炳银焊接工程师
李恩国高级技师
检验系统责任工程师刘俊工程师
无损检测系统责任工程师张会龙高工
材料质控系统责任工程师樊德山经济师
机具质控系统责任工程师樊德山经济师
压力试验系统责任工程师陈征助理工程师
计量质控系统责任工程师刘俊工程师
热处理系统责任工程师孙自勇高工
理化质控系统责任工程师王玉梅高工
同时还设有焊接质量检查员、焊条烘烤员焊接联络员等,
焊接工艺员唐贤斌助工
焊接质量检查员赵运星
焊材保管员曹大亮
焊条烘烤员王艳洁范余霞
焊接联络员穆文娟赵亚茜
10.2焊接质量保证措施
1)建立明确的焊材采购制度,焊材采购员应具备足够的焊接材料基本知识,了解焊接材料在焊接生产中的用途及性能。
焊材在合格供方中定点采购,以取得稳定的质量。
2)设立焊材一级库,并设一级库焊材管理员。
一级库焊材管理员应具备有关焊接材料保存的基本知识,熟悉本岗位的各项管理程序和制度。
焊材管理员应对焊材入库登记、焊材发放等管理,并认真填写焊材入库登记表、焊材发放记录,确保准确无误。
3)在施工队设焊材二级库,并设专职焊条烘烤员,焊条烘烤员应熟悉焊条烘烤及保温设备操作规程,熟悉本岗位的各项管理程序和制度,严格按照“焊条烘烤规范”进行烘烤。
焊条烘烤员对焊条烘烤、发放、回收等管理,并认真填写焊条发放与退回记录卡。
4)焊工必须持有按《锅炉压力容器压力管道焊工考试规定》考试合格的合格证,同时根据焊工资质挑选技术较好、身体健康的焊工。
5)设立专职焊接质量检查员对焊接质量实施检测,确保焊接质量。
6)在施焊前,焊接责任工程师进行焊接技术交底,焊接工艺员编制焊接工艺卡并发给施工技术员和作业组。
7)施焊前,各种焊口形式、材质都应按规定做相应的工艺评定。
8)焊工认真熟悉焊接方案和焊接工艺卡,在施焊时,严格按焊接工艺执行,凡与焊接工艺要求不符时,焊工应拒绝施焊。
11焊接施工安全措施和文明施工措施
11.1焊接施工安全风险识别
按照公司职业安全健康管理体系的要求,对锅炉焊接中可能存在的安全风险识别如下:
1)焊接过程中设备漏电事故
2)焊接电缆漏电事故
3)焊工触电事故
4)高空堕落事故
5)火灾、爆炸事故
6)电弧光打眼
7)灼伤、烫伤
8)砂轮机伤人
9)空中重物击伤人和设备
10)射线透照误伤人
11.2焊接施工安全措施
经上述安全风险分析,在焊接作业中主要采取以下针对性安全措施:
1)安全教育。
在施工前,要对每位职工进行安全教育,将可能发生的安全隐患向工人逐一分析、解释,并将采取的针对性预防措施及发生事故后采取的紧急预案向工人逐一分析、解释,做到人人心中有数,树立安全第一的施工意识,并能在施工中自觉地遵守安全规定。
2)进入现场必须正确佩戴安全防护用品,各工种必须按安全操作规程进行作业。
3)施工现场要有专职安全员,施工队长和作业班长组长要做好兼职安全员的工作,特殊工种要持有本工种合格证。
4)电焊机、电焊把线等电气设备作用之前要由电工检查合格,要安全接地或接零,电焊把线要绝缘良好,焊机要由专人操作,要搭设焊机防雨、防晒棚,以避免焊接过程中设备漏电事故和焊接电缆漏电事故。
5)焊工要穿绝缘胶鞋,戴绝缘手套,下雨天要采取防雨措施(如可能,最好暂停施焊),要将潮湿的工件表面用气焊把烘烤干,以避免触电。
登高作业必须系挂好安全带,要注意防滑,避免跌倒和坠落。
6)施工时,动火处附近不得有易燃易爆物品,离明火距离不少于10m;氧气、乙炔瓶存放要搭设防晒棚,氧气、乙炔瓶两瓶之间的安全距离≥10m;施工现场要配备足够的灭火器,以避免火灾和爆炸事故的发生。
7)焊接、砂轮打磨和切割时,焊工要穿绝缘胶鞋、戴绝缘手套和防护眼睛,同时要注意彼此之间的距离,采取适当的挡护,以免电弧光打眼、熔融性飞溅物灼伤和烫伤。
8)焊接时因采用电加热,其电源电压为220V,所以一定要认真检查加热垫片与电源线的接头是否绝缘,有无裸露,焊接时应留专人看护。
9)焊工在碳弧气刨时应戴好防尘口罩,碳弧气刨时工作现场必须把易燃物清理干净,以免发生火灾。
10)在使用砂轮机打磨时,手要握紧砂轮机把,采用正确的打磨方式,不可用力过狠,头要偏在砂轮机的另一侧,以免砂轮片破碎飞出和砂轮机反弹出来伤人。
11)射线探伤工作原则上安排在中午和夜晚施工人员休息时进行(最好是夜晚休息时)若紧急情况下需工作时间探伤,则必须经项目经理部、业主/监理批准。
射线探伤时要设警戒线和警告牌,以免射线透照误伤人。
12)严格遵守动火、动电制度,所有带电设备必须接地并有防风防雨设施,风雨后要对电源进行仔细检查合格后方可施工。
13)严禁违章指挥、违章作业在现场发生。
14)夜间施工时必须有充足的照明。
11.3安全应急措施
1)进入设备内施工时,设专人进行安全监护。
2)现场配有救护车辆,有专职医务人员值班,配有紧急救护器材。
3)一旦有工伤事故发生,首先在现场进行包扎止血处理后,护送到医院救治。
11.4焊接文明施工措施
1)电焊机要统一摆放。
收工时,电焊把线、气焊带要盘好,悬挂整齐。
2)焊条不得到处乱扔,要随时注意焊条头的收集,并统一处理。
3)坚持文明施工,随时清理作业区内的闲杂物品,及时回收施工现场的边角余(废)料。
目录
1编制说明…………………………………………………………1
2编制依据…………………………………………………………1
3工程概况…………………………………………………………1
4焊接材料的选用…………………………………………………2
5焊接技术管理……………………………………………………2
6焊接工艺…………………………………………………………4
7焊后后热及热处理………………………………………………8
8焊接检验…………………………………………………………8
9焊缝返修…………………………………………………………9
11焊接施工安全措施和文明施工措施…………………………11
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