匡 銀（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

?

大型法蘭下料拼焊及外包哈氏合金焊接

匡 銀
（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

摘要：貴溪冶煉廠硫酸車間凈化工序中動力波溢流堰與煙道過渡段采用了哈氏合金G-30進行貼補防止腐蝕。本文主要介紹了過渡段法蘭的數(shù)控下料和焊接變形控制措施，通過對外包哈氏合金的化學(xué)成分分析，制定合理焊接工藝和方法，保證了焊接質(zhì)量，滿足了生產(chǎn)需要。

關(guān)鍵詞：大型法蘭；下料拼焊；哈氏合金；焊接；變形控制

1　引言

硫酸車間作為貴溪冶煉廠主生產(chǎn)車間之一，主要是利用閃速爐和轉(zhuǎn)爐的冶煉煙氣來生產(chǎn)工業(yè)硫酸，對于煙氣的除塵和降溫均采用了動力波技術(shù)［1］。由于凈化工序［2］的主要設(shè)備均采用不同性能的FRP制作，為避免突發(fā)性事故時高溫?zé)煔鉄龎脑O(shè)備，系統(tǒng)在一級動力波逆噴管頂部設(shè)置哈氏合金溢流堰、逆噴管中的事故噴嘴及事故高位槽等保護設(shè)施。而作為凈化工序中的動力波設(shè)備上溢流堰與煙道過渡段的法蘭和內(nèi)襯長期受到稀硫酸液體和高溫?zé)煔獾母g，年修檢查發(fā)現(xiàn)，破壞嚴重，需要更換，其中法蘭是厚度25mm的316L奧氏體不銹鋼，其直徑為Φ3168×Φ2014。由于年修時間短，臨時采購成品316L奧氏體不銹鋼法蘭周期長且不能保證耐腐蝕。為保證盡快完成年修恢復(fù)生產(chǎn)，硫酸車間委托我公司制作加工過渡段的316L奧氏體不銹鋼法蘭，其外表面包裹哈氏合金G-30。

2　大型法蘭的數(shù)控下料

法蘭下料時，考慮到鋼板的板幅寬度及材料的利用率，采用分瓣下料，然后進行拼接，我們通過AutoCAD軟件分六瓣畫圖后保存為DXF文件，利用FastCAM軟件［3］排版，再用數(shù)控等離子切割機進行切割下料。而對于外包的哈氏合金板的下料，我們采用激光切割機進行下料并直接切割出法蘭孔。法蘭下料的排版方式及其切割順序ABCDA如圖1所示。

圖1　大型法蘭數(shù)控排版方式和切割順序

3　大型法蘭的焊接及校正

3.1焊接方法及材料

（1）與手工電弧焊相比，氣體保護焊可大大提高生產(chǎn)效率，降低焊工勞動強度，節(jié)省電能，原材料和工時，本次法蘭焊接采用MAG氣體保護焊。

（2）焊接材料選用KFW-316L焊絲（φ1.2）。

3.2焊前準備

法蘭坡口型式為X型坡口，坡口角度為60°，見圖2。裝配時必須保證上下平整，坡口及坡口周邊20mm內(nèi)要清理干凈。禁止油脂污染防止焊接時引起氣孔和滲碳，必要時可用丙酮擦拭清理。

圖2　法蘭坡口及焊接順序

3.3焊接操作過程及工藝參數(shù)

（1）由于奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱率低，線膨脹系數(shù)大，在焊接過程中，局部加熱和冷卻，使接頭在冷卻過程中形成較大的拉應(yīng)力［4］。因此316L奧氏體不銹鋼的突出特點是對熱過敏，為防止產(chǎn)生熱裂紋［5］，我們在焊接時不僅要選用合適的焊接材料，還要采用小電流、不擺動、快速焊。同時為防止碳化物析出敏化及晶間腐蝕，應(yīng)嚴格控制層間溫度和焊后冷卻速度，要求焊后層間溫度控制在60℃以下，焊后必須立即水冷，既可增大接頭的冷卻速度，又可減少焊接應(yīng)力［6］。

（2）MAG焊接用保護氣體采用混合氣體，98％氬氣+ 2％氧氣。焊接參數(shù)見表1。

表1　MAG氣體保護焊焊接參數(shù)

3.4不銹鋼焊接變形控制工藝

（1）如前所述盡量采用小電流、不擺動、快速焊工藝，在焊接時應(yīng)嚴格控制焊縫熱量輸入，并合理控制焊后冷卻速度。

（2）采用合理的施焊順序如圖2所示，焊接時采取對稱焊。每焊1～2層必須進行翻轉(zhuǎn)，防止角變形，同時采用工裝夾具來控制變形。

（3）通過壓力機，采用機械矯正法［7］矯正焊接變形，再經(jīng)過整圓車削滿足尺寸要求。

4　外包哈氏合金的焊接

4.1哈氏合金的特點及成分

通過車削、鉆孔等加工后，我們還要對法蘭進行外包3mm哈氏合金板的焊接。作為焊接用的哈氏合金G-30是一種高含鉻量的鎳基合金，在抗氧化性方面非常出眾。同時也有很好的抗點蝕能力，加上少量的銅含量，增強了抗硫酸及氫氟酸的能力。G-30的焊接具有奧氏體不銹鋼相類似的問題，即具有較高的熱敏感性，氣孔生成機率較高，焊接區(qū)域產(chǎn)生晶間腐蝕傾向等。因此要根據(jù)哈氏合金的化學(xué)成分選擇合適的焊材ERNiCrMo-11即UNS N06030。哈氏合金G-30的化學(xué)成分見表2。

表2　哈氏合金 G-30板材的化學(xué)成分（％）

4.2哈氏合金的焊接工藝和方法

4.2.1焊前準備

哈氏合金G-30焊接坡口區(qū)焊前準備非常重要［8］。而哈氏合金G-30在焊接過程中對熱裂紋和氣孔非常敏感，因此焊接前需要對焊件及其坡口表面做仔細的預(yù)處理［9］。坡口的加工采用坡口機或砂輪打磨，坡口角度為60°～70°。用丙酮清洗焊絲表面、焊件坡口及其附近區(qū)域，確保表面無污物存在。在擦洗完后可用不銹鋼絲刷刷凈處理。

焊件組對前應(yīng)將坡口及其內(nèi)外兩側(cè)周圍清理干凈，且不得有裂紋、夾層等缺陷。組對應(yīng)齊平，對口錯邊量不應(yīng)超過壁厚的10％，組對間隙 1±0.5。只有通過將上下兩片哈氏合金法蘭和316L奧氏體不銹鋼法蘭用螺栓把緊后才能進行定位點焊，點焊焊縫盡可能密而薄，同時為防止焊接變形進行剛性固定如圖3所示。用120左右的槽鋼拉上支撐筋和工裝夾具，控制焊接變形。

圖3　法蘭剛性固定圖

4.2.2焊接方法選擇及工藝參數(shù)

G-30哈氏合金的焊接性能和普通奧氏體不銹鋼相似，焊接前必須要采取措施以使焊縫及熱影響區(qū)的抗腐蝕性能下降最小，因此我們采用手工鎢極氬弧焊（GTAW）。采用直流正接，鎢極為鈰鎢極，規(guī)格為Φ2.5mm，噴嘴直徑Φ12mm，氬氣純度為99.99％。焊接工藝參數(shù)見表3。

表3　手工鎢極氬弧焊焊接工藝參數(shù)

4.2.3焊接要求及要點

（1）哈氏合金的焊接場地必須和碳鋼分開，防止產(chǎn)生碳污染。而且焊前坡口及附近區(qū)域應(yīng)徹底清除一切油污、顏料、銹跡及其他雜質(zhì)，防止產(chǎn)生污染。

（2）焊前不需要預(yù)熱，引弧時只可以在即將焊接的焊縫區(qū)域內(nèi)進行，收弧時注意填滿弧坑，以免造成耐蝕性能的下降。

（3）哈氏合金與碳鋼、低合金鋼、不銹鋼相比，進行氬弧焊焊接時，即使坡口和焊絲清理干凈，熔池邊緣表面也有一層薄狀氧化物［10］。因此焊縫在焊接后應(yīng)立即用不銹鋼鋼絲刷刷干凈，去除氧化部分。

（4）焊接全過程均宜采用短弧焊接，控制好層間溫度。通過控制較低的熱輸入量和熱輸入速度，同時可以采用水冷以防止熱裂紋的產(chǎn)生。

（5）所用鎢極應(yīng)避免與熔池和焊絲接觸，盡可能縮短電弧長度，防止焊縫夾鎢。

4.3哈氏合金焊接檢查和檢驗

4.3.1焊縫外觀質(zhì)量檢查

對焊縫進行外觀檢查，焊縫表面不得有氣孔、裂紋、咬邊、夾渣及未融合等缺陷。確保焊接接頭成形良好，焊縫表面光滑。

4.3.2焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢查

焊縫的外觀質(zhì)量檢驗合格后，對焊縫進行探傷檢查。主要采用著色滲透探傷和X射線探傷檢查，不得有未融合、裂紋等缺陷。

5　結(jié)束語

通過焊接后檢驗，焊縫具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗晶間腐蝕性能，滿足了產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準要求和用戶要求。為確保工期的完成節(jié)約了大量的時間，保證恢復(fù)了生產(chǎn)。經(jīng)過一年多的質(zhì)量跟蹤驗證，設(shè)備運行良好，焊縫耐腐蝕性能良好。

參考文獻：

［1］陳俊華.動力波技術(shù)在云銅總廠煙氣凈化方面的應(yīng)用與實踐［J］.環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2015（3）:73-77.

［2］陸建平.關(guān)于硫酸凈化一級洗滌器逆噴管的使用探討［J］.硫酸工業(yè)，2013（4）:12.

［3］李鵬.CAD/CAM在鈑金放樣展開及下料方面的應(yīng)用［J］.吉林化工學(xué)院學(xué)報，2013（3）:53-56.

［4］麻春英.奧氏體不銹鋼的焊接缺陷分析及防治措施［J］.熱加工工藝，2015，17:243-246

［5］李義民，張凱，任世宏，等.超級雙相不銹鋼藥芯焊絲堆焊技術(shù)在壓力容器制造中的應(yīng)用［J］.電焊機，2015（9）:189-192.

［6］申彪.不銹鋼化學(xué)品船焊接技術(shù)探究［J］.科技信息，2013，25:138.

［7］陳誠貴，仝振，陳彥兵.薄板結(jié)構(gòu)件焊接變形的控制和矯正［J］.科技與企業(yè)，2013（6）:287.

［8］余歷軍，淡勇，郭篤信.高耐蝕哈氏合金G-30的性能及應(yīng)用［J］.化工機械，1998，25（5）:48-52.

［9］汪航，唐新華，俞海良，等.C-22哈氏合金激光焊焊縫成形影響因素分析［J］.焊接2009（5）:57-61，71-72.

［10］張東錫，李德華.哈氏合金管焊接［J］.焊接，2005（5）:36-38.

Material cutting and welding for Large flange and Welding about its Hastelloy alloy lining material

KUANG Yin
（Guixi Smelter，Jianagxi Copper Corporation，Guixi 335424，Jiangxi，China）

Abstract:The dynamic wave overflow weir and flue transition section are coated with Hastelloy G-30 material for corrosion protection in purification process of Guixi Smelter sulphuric acid plant.In this paper， the measures about the NC material cutting and welding for transition section's flanges are mainly introduced.Through the chemical composition analysis about Hastelloy alloy lining，the welding process and method are formulated reasonably，welding quality is guaranteed，and the production requirements are meet.

Keywords:large flange；material cutting and welding；hastelloy alloy；welding；deformation controlling

中圖分類號：TG44

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1009-3842（2016）02-0090-03

收稿日期：2015-11-30

作者簡介：匡銀（1985-），男，湖南醴陵人，主要從事機械制造加工方面工作。E-mail:271368695@qq.com