球罐特殊环境中的焊接与热处理

摘 要：本文文分析论述了球罐特殊环境中焊接与热处理的有关问题以及注意事项,为确保球罐焊接工艺提出了建议.

【分类号】：TQ055

0引言

目前,球罐在各种工业生产中得到了非常广泛的应用,特别是在石油、化学工业中的应用更是非常普遍.然而在施工和制作过程中,经常出现一些质量问题：例如延迟冷裂纹等.这些质量问题给使用和制作带来了一些问题,引起了人们的广泛注意.经前人总结和笔者的实际工作经验得出出现质量问题的主要原因在于以下两点：一是球罐焊接；二是焊缝热处理.

下面结合近几年在施工现场的实际工作经验浅谈一下在东北地区施工时焊接与热处理方面的问题.

1球罐的焊接及有关注意事项

球罐是一种具有双向曲率的压力容器,因此除满足圆筒型压力容器的技术要求外,还有一些其他的要求,这些要求分两类,一类是制造厂家在出厂时应该到达的要求,另一类是现场焊接要达到设计和规范要求.球罐的质量好坏主要取决于施工现场的施工质量高低.使用合理的焊接工艺和正确的操作工艺是保证焊接质量的根本.因此,施工中应重视并着重做好以下几方面的工作.

（1）焊工的技术保证及监督施焊过程

焊工在实际操作中,从以下几个方面着重进行练习：①焊接时严禁在坡口外引弧,采用回焊法引弧；②终端息弧时,注意填满弧坑,回拉息弧,以防产生火口裂纹；③纵缝的焊接采用月牙形运条法,两侧熔合线处增加焊条停留时间,防止出现未熔合及夹渣缺陷；④更换焊条时要迅速,尽量避免冷接头,防止出现严重气孔,各层接头处错开10mm以上；⑤横缝焊接时,练习坡口上边缘的运条角度及操作手法,防止产生坡口上边缘夹渣.横缝的焊接缺陷往往产生于此.在此基础上按规范要求进行焊工考试.合格者才允许上罐焊接（包括点焊）.在施焊过程中,设专人进行焊接监督随时掌握焊工的焊接状态,并且根据焊工的焊接情况予以具体指导和调换.

（2）球罐的焊接要点

横缝环口的焊接采用多层多道压道排焊,下环缝先焊外口,里口清根、打磨、着色检查合格后将里口焊完.上环缝先焊里口,再外口清根后焊接.焊接时控制电流不要过大,采用顶弧焊接,效果较好.在最后一层焊接时,焊肉要饱满,顺序同上环缝.

（3）焊接规范

球罐用钢的焊接性与材质有关.20R焊接性好,l6mMR,15MnVR较好,15MnVNR较差.若焊接性较差或焊接性虽好而厚度较大的钢板,焊前均需预热.焊前预热可以消除焊件坡口表面的水分,提高施焊温度,减少焊接能量输入,改善焊接热循环,降低冷却速度,避免淬硬组织的出现等.在实际施工中,若在东北地区冬季施工,其预热温度和预热范围还应适度地提高、扩大.当然,后热环节亦不可忽视,有利于扩散氢的逸出,防止延迟裂纹的产生.焊接规范宜通过焊接工艺性能试验确定.在焊接过程中,球罐的焊接位置在不断地变化.又由于预热温度、层间温度的变化,焊接电流应随时调节,以保证合适的操作电流,得到优良的焊接质量.

（4）点焊

采用在封底焊接背面填充圆钢的方法进行焊前的点固焊接.亦可采用拉板点焊及坡口内直接点焊的方法.从对坡口及母材均不被破坏的角度看,前者较好.圆钢直径一般取￠8―10mm,长度L为100mm,间距为300mm.点焊时圆钢应除锈去污、焊肉饱满、两端封焊,点焊工艺与正式焊接工艺相同.

（5）清根与打磨

清根是保证焊接质量的重要环节.采用电弧气刨清根,对多数钢材来讲是可行的方法.

（6）焊条

焊条中的水分是焊缝中混进氢的主要因素,而焊缝中熔敷金属所含氢,又是造成延迟裂纹的主要原因.适当地提高碱性低氢型焊条的烘干温度,对降低焊缝中的氢含量,效果显著.通过实验,将焊条烘干温度定为400-420℃,烘干时间2h,并控制烘干时的升温速度不大于100℃,2h较为适宜.烘干后移入150℃恒温箱,恒温待用.焊工宜携保温焊条筒装用焊条,并在使用过程中注意防潮.每次从焊条筒内拿出两根焊条,两小时之内没有用完的焊条,则要重新烘干,但次数不能超过两次.从而保证所要求的焊条干燥度.

2球罐的整体热处理

（1）热处理基本方法

热处理是安排在施工后期的一项重要工序,其目的是消除焊接残余应力,改善球罐的使用性能,防止延迟裂纹和冷裂纹的出现,降低对氢腐蚀的敏感性.方法是在球罐外面包上保温层（石棉布或玻璃纤维布）,然后用压缩空气将柴油喷成雾状,在罐内点燃后进行加热.为了防止球罐顶部过热,在球罐里面的上部加上档热板.加热温度一般为620℃左右（相变线以下）.在球罐的上、中、下等多处安装测温计,当各处温度都达到要求时,停止加热,保温24h以后缓慢冷却.加热前要先将支柱的地脚螺栓拧松,以便加热时罐体膨胀,支柱向外自由移动.

（2）要求较高的球罐热处理

按要求符合下列情况之一的球罐,均应在压力试验之前进行焊后整体热处理：①图样要求进行焊后整体热处理者；②名义厚度大>34rm（若焊前预热100℃以上时,名义厚度大于38nan）的碳素钢球壳；③名义厚度大于30mm（若焊前预热100℃以上时,名义厚度大于34m～）的16MnR钢球壳；④名义厚度大于28nma（若焊前预热100℃以上时,名义厚度大于32ram）的15MnVR钢球壳；⑤任意厚度的其它低合金钢壳；⑥图样注明有应力腐蚀的球罐；⑦图样注明盛装毒性为极度或高度危害介质的球罐.加热前将整体球连带地脚螺栓从基础上架起,浮架在辊道上,以便处理过程中自由膨胀.热处理时应监测实际位移量,并按计算位移值调整柱脚的位移.温度每变化100℃,应调整一次.移动柱脚时,应平稳缓慢.一般在柱脚两面装2只千斤顶来调节伸缩.火焰加热处理用的加热装置应能满足要求,其中的关键设备是高速喷嘴（安装在下人口）.它的喷射速度快,燃料喷出后点火燃烧,喷射热流呈旋转状态,能均匀加热.

（3）几点注意事项

施工实践使我们深深感到,球罐在冬季较恶劣条件下整体热处理,应着重注意以下几点：①球内火焰的高度宜合适,为便于操作与调节,将燃油、液化气及压缩风的调节阀安装于控制台,由一人统一调整.②罐外表面保温效果的好坏,直接影响热处理工作能否顺利进行,对燃油消耗和处理时间长短的影响也很明显.球罐下部的保温厚度应大于上部的保温厚度.③加强基本功训练,特别是热处理专职人员的操作技能,加之较先进的设备与技术,这是热处理平稳运作和保证质量的关键.④注重施工的安全性.尤其是易燃、易爆的环境（如炼油厂的扩建工程）,工作场地狭窄,施工危险性大,给热处理工作带来难度.因此更应制定严密合理的施工工艺,建立健全各项规章制度,专岗专人负责,开展全面质量管理,确保施工的安全与优质.⑤用适宜的油风比.在整个热处理操作中,点火后要仔细调节燃油和压缩风比例,使火焰正常燃烧半小时,罐内气流变化稳定后,再逐渐升温.由常温至l50℃的加热处理过程视为预热阶段.在此阶段中,注意掌握各系统操作要领,练习调节油风比来控制烧嘴火焰的大小和高低,确保各系统的可靠运转.⑥控制好恒温阶段的温差与降温阶段的速度.恒温阶段620℃±20℃,此时控制各部位温差不能超过50℃.

3结语

在整个操作过程中,尽量采用短火焰的油风比,以增加球壳下部的温度,利于减少球壳上下部的温度差.在操作时油风调节要缓慢,防止油风变化突然而引起灭火或正压反喷.