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.濟南二機床集團有限公司,山東 濟南 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,可以生產(chǎn)高品質(zhì)的低鹽、大顆粒產(chǎn)品小蘇打,在國內(nèi)外主要占領高端市場,產(chǎn)品具有很高的知名度。

1 不銹鋼焊縫泄漏問題

小蘇打廠生產(chǎn)過程使用不銹鋼設備較多,不銹鋼管線也非常多,對于某些設備或者管線存在泄漏問題,常規(guī)的處理方法是在出現(xiàn)漏點的地方補焊一道焊縫,蓋住漏點位置即可。

但是,在小蘇打生產(chǎn)設備和管線中,這種補焊方式很難見效,在某些位置出現(xiàn)泄漏點后,在泄漏點位置補焊一道焊縫,蓋住漏點位置,過了一段時間,補焊后的新焊縫位置又慢慢出現(xiàn)滲漏,隨后逐漸擴大,又發(fā)展成新漏點了,在某些位置常規(guī)的補焊方式失效了。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,在長期使用過程中,導致不銹鋼304金屬材料內(nèi)部出現(xiàn)微孔或者細微裂紋,再次焊接時,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,加劇了微孔或者細微裂紋的擴大,導致再次焊接后仍然滲漏,這就是焊接失敗的主要原因。

2 改進分析

2.1 不銹鋼材料分析

小蘇打不銹鋼設備或者管線絕大多數(shù)采用了304不銹鋼,304為美國牌號,對應中國牌號為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,常用于化工設備、船用配件、食品加工機械設備、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不銹鋼每噸價格30 000元,價格昂貴,304不銹鋼每噸價格22 000元。性價比符合情況下,316材料也可以采用。

原來設備管線采用不銹鋼304材質(zhì),且設備和管線已安裝完畢,已經(jīng)開始了小蘇打生產(chǎn)工藝過程,全部更換成本費用投資巨大,也不符合實際應用過程,只能以后分階段對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:化工生產(chǎn)現(xiàn)場只能采用普通手工電弧焊機或氬弧焊機,其它先進焊接技術在化工生產(chǎn)現(xiàn)場無法或者很難采用,焊機改進可能性不大。

焊條:A302焊條適用普通電弧焊機。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。兩種焊接的焊條改進可能性不大。

3 補焊工藝改進

小蘇打不銹鋼設備或者管線漏點是因為金屬材料內(nèi)部出現(xiàn)微孔或者細微裂紋,補焊時容易出現(xiàn)裂紋擴大等問題,當焊縫強度較高而母材強度較低時,容易產(chǎn)生剝離,尤其對于大面積的裂紋補焊是不容易獲得成功的,因此在制定補焊工藝時,盡量減小熔合比,調(diào)整熱影響區(qū),松馳焊接應力,才能使的裂紋補焊獲得成功。

為此,專門針對小蘇打工序不銹鋼件的特點,制定專門焊接工藝,試驗焊接效果基本滿足要求,下面詳細介紹焊接工藝。

1)焊前預熱:用氣焊火焰加熱烘烤,焊前將接口周圍預熱,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大作用。

2)采用多層多道焊:多層焊時,與母材相連接的第一層焊縫質(zhì)量十分關鍵,一定要細心施焊,主要原因也是為了分散熱量,關鍵是在焊口兩側(cè)與母材交界的那一層焊道上,要嚴格控制電流,運條要快,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,還防止焊渣掉入設備和管道內(nèi)側(cè),難以清除出來,進入生產(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較好,可以采用手工電弧焊,當然也可以繼續(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,是減少焊接應力的有效措施,錘擊焊縫使焊縫金屬延展,松弛焊接應力。

4)每層焊后清熔渣:應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備和管道內(nèi)側(cè),造成產(chǎn)品有黑渣。

對接焊縫低于母材時必須再補焊。

5)焊接保溫:焊后立即在焊接區(qū)周圍保溫,用巖棉板等復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:焊接接頭進行外觀檢查,焊接表面不得有裂紋和夾渣,符合標準和有關規(guī)定。

4 不銹鋼材料補焊實例

4.1 熱堿液罐底板焊接

選擇熱堿液罐為代表的不銹鋼設備進行闡述,拆卸下來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。

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,用氬氣保護焊接,氬弧焊焊條型號選用不銹鋼304焊條,焊接電流120～180 A,直接,對角燒焊。

焊接后,設備使用正常,滿足小蘇打生產(chǎn)工藝對設備的要求。

4.2 碳化塔塔體漏點焊接

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

焊接方法:在塔體外側(cè)補焊一圈加強不銹鋼圈,把漏點位置徹底蓋住,全過程采用氬弧焊焊接,氬弧焊焊條型號選用不銹鋼304焊條,此法簡單易行,保證焊接效果明顯。

4.3 管道焊接實例

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,在拐角位置因流體沖刷,更易造成漏點,是整個管道系統(tǒng)的最薄弱點,更需要關注,管道出現(xiàn)漏點的比例非常大,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,焊條型號選用不銹鋼304焊條,第二道焊縫開始,再采用手工電弧焊機,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,還因為不銹鋼焊條沒有外層藥皮,減少了藥皮焊渣掉入管道內(nèi)側(cè)。

實用技巧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,非常簡單,卻效果非常明顯。

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

4.4 溫度測控點焊接

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

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

實用技巧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處覆蓋一塊不銹鋼板,把該不銹鋼板焊接在設備上,再在該不銹鋼板上焊接溫度測控接管底座,這個方法簡單,效果明顯。

按照上述方法焊接后,小蘇打設備或者管線使用正常,絕大多數(shù)滿足小蘇打生產(chǎn)工藝對設備或者管線的要求。

5 結 語

采用以上工藝補焊后,經(jīng)焊縫質(zhì)量檢查,成形良好,沒有發(fā)現(xiàn)裂紋及滲漏現(xiàn)象,達到了質(zhì)量要求,滿足設備使用要求。

通過補焊,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,可避免因熱應力誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生,正確的焊前預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。