1、鋯材（Zr702）焊接,摘要：江蘇索普（集團(tuán)）60萬(wàn)噸/年醋酸三期工程由于工藝介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，在生產(chǎn)中使用了較多的耐腐蝕性較強(qiáng)的鋯材，且鋯材管道的規(guī)格有21種，壁厚等級(jí)有SCH10S,SCH40S,SCH80S三個(gè)等級(jí)，焊接條件各不相同，所以鋯材的焊接情況將直接關(guān)系到裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)。本文將主要介紹鋯材的特性，鋯材的焊接及鋯材焊接過(guò)程中的技術(shù)進(jìn)步。關(guān)鍵詞：鋯材，焊接，技術(shù)進(jìn)步,1,1引言1.1鋯材介紹鋯是化學(xué)元素周期表第-B族元素，鋯及鋯合金是一種銀色稀有金屬，它具有熔點(diǎn)高（1850），密度適中（6.5g/cm3），良好的強(qiáng)度及塑性匹配。鋯與鈦一樣在諸多酸堿介質(zhì)中表現(xiàn)出優(yōu)良的耐蝕性能，因此鋯和鋯

2、合金也是一種優(yōu)秀的化工耐蝕結(jié)構(gòu)材料。,2,鋯和高合金的加工材共有5種牌號(hào)，它們中的每一種都具有優(yōu)良的耐蝕性能，這幾種牌號(hào)材料的物理和力學(xué)性能僅有略微的差別，在化工中廣泛應(yīng)用的主要是Zr702和Zr705兩種，其中Zr702是工業(yè)純鋯，它是95.5-99.2%的鋯和鉿組成，其中鉿的最大含量為4.5%，Zr705是含有2.5%鈮的鋯合金。江蘇索普（集團(tuán)）60萬(wàn)噸/年醋酸三期工程使用的是牌號(hào)為Zr702的工業(yè)純鋯。,3,1.2鋯材在醋酸生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用甲醇羰基化醋酸工藝技術(shù)是當(dāng)今國(guó)際上先進(jìn)的醋酸生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的較遲，但由于其原料來(lái)源于煤，符合我國(guó)煤多油少的資源優(yōu)勢(shì)，且成本較其它工藝方法低

3、，目前已成為國(guó)內(nèi)醋酸生產(chǎn)的方向。由于工藝介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，在裝置中使用了較多的鋯和哈氏合金材料，這些耐蝕材料的腐蝕情況將直接關(guān)系到裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)和國(guó)內(nèi)醋酸工業(yè)的發(fā)展。,4,鋯在醋酸生產(chǎn)中的主要用于生產(chǎn)化工設(shè)備包括換熱器、冷凝器、汽提塔、反應(yīng)容器、泵、閥門及管道。鋯的耐腐蝕特性能夠大大延長(zhǎng)設(shè)備及管道的使用壽命，進(jìn)而降低維修費(fèi)用，并且將生產(chǎn)停產(chǎn)時(shí)間最短化。,5,江蘇索普（集團(tuán)）有限公司是國(guó)內(nèi)最先開(kāi)發(fā)使用該醋酸工藝的公司，其裝置自1998年運(yùn)行以來(lái)，至今已有12個(gè)年頭,效果較好。在江蘇索普（集團(tuán)）有限公司醋酸三期裝置中使用的鋯材管道口徑從1寸至38寸共有21種，壁厚等級(jí)有SCH10S,SCH40S,S

4、CH80S三個(gè)等級(jí)，該裝置中所用的鋯材在使用中出現(xiàn)的問(wèn)題具有一定的代表性，可以總體代表鋯材在國(guó)內(nèi)醋酸工業(yè)中的使用情況。,6,1.3鋯材的焊接特性1、鋯的熔點(diǎn)高于鈦，密度比鈦大，而比熱比鈦小，因此焊接時(shí)熱輸入比鈦略大。,7,2、鋯的熱導(dǎo)率比鈦略大，但比鐵小的多，與奧氏體不銹鋼接近，屬導(dǎo)熱性較差的材料。在高溫下，鋯易與02，N2，H2反應(yīng)，與氫氣在200可生成ZrH2，在大約3l5的氫氣中，鋯會(huì)吸收H而導(dǎo)致氫脆，與氧氣在300可生成ZrO3，在大約550以上，與空氣中的氧氣反應(yīng)生成脆性氧化膜，在700以上，鋯吸收氧氣而使材料嚴(yán)重脆化；在600鋯吸收氮?dú)舛蒢rN，為避免焊接區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間高溫停留造成

5、的不利影響，應(yīng)采用小的焊接參數(shù)。,8,3、鋯的膨脹系數(shù)比鈦小，比其它材料更低得多，焊接時(shí)變形小，應(yīng)力會(huì)降低，利于焊接。4、鋯的焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋的傾向很小，可以采用多種焊接方法，其中氬弧焊是比較經(jīng)濟(jì)的方法，關(guān)鍵是保護(hù)。,9,2、鋯材焊接要求2.1焊工和焊接工藝評(píng)定:1、焊工應(yīng)經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn),只有經(jīng)過(guò)評(píng)定合格的焊工才能在合格的項(xiàng)目范圍內(nèi)進(jìn)行焊接操作，焊接作業(yè)遵照焊接工藝卡（附頁(yè)）進(jìn)行。2、焊接工藝應(yīng)按照中焊接工藝指導(dǎo)書及焊接工藝評(píng)定報(bào)告（附頁(yè)）進(jìn)行指導(dǎo)和評(píng)定。,10,2.2焊接方法及填充金屬鋯材的焊接采用鎢極氬弧焊，鋯材管子和管件焊接用焊絲按ANSI/AWSA5.24中規(guī)定的ERZr2，薄壁（壁厚小于

6、6.02毫米）管道采用焊絲直徑為=2.4mm，厚壁（壁厚大于等于6.02毫米）管道采用焊絲直徑為=3.2mm。,11,2.3焊接保護(hù)氣體及電極選擇1、焊接用保護(hù)氣體為純氬，鋯材焊接時(shí)用氬氣純度應(yīng)達(dá)到99.999%。當(dāng)瓶裝氬氣壓力低于0.978Mpa時(shí),應(yīng)停止使用。2、電極可選用鈰鎢棒或釷鎢棒，用前應(yīng)磨成平底錐形。,12,2.4焊接環(huán)境要求1、焊接場(chǎng)所應(yīng)保持清潔、干燥。2、當(dāng)環(huán)境溫度低于5時(shí)，應(yīng)采取必要的措施，使環(huán)境溫度超過(guò)5時(shí)才能進(jìn)行施焊。3、焊接場(chǎng)所嚴(yán)禁有黑色金屬焊接、切割、打磨等加工。4、現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)，應(yīng)有防風(fēng)、防雨雪措施，當(dāng)風(fēng)速大于0.5m/S或相對(duì)濕度大于90%時(shí),禁止施焊。,13,2.

7、5焊接工藝要求1、鎢極氬弧焊電源采用直流正接。2、焊接應(yīng)盡可能地在平焊位置進(jìn)行，如需立焊時(shí)，應(yīng)從下向上進(jìn)行焊接。3、當(dāng)母材溫度低于15時(shí)，應(yīng)對(duì)母材進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為18以上。焊接層間溫度應(yīng)控制在100以下。4、鎢極氬弧焊采用高頻引弧和衰減電流熄弧措施。注意起弧和收弧處質(zhì)量,收弧時(shí)應(yīng)將弧坑填滿.多層焊的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。,14,3、鋯材焊接準(zhǔn)備3.1焊接坡口準(zhǔn)備1、坡口應(yīng)采用機(jī)械加工的方法完成，當(dāng)無(wú)法采用機(jī)械加工時(shí)可使用銼刀手工打磨。2、當(dāng)采用熱切割方法預(yù)先加工時(shí)，隨后必須用機(jī)械方法、人工銼刀打磨除去坡口邊緣的污染層，使得坡口表面平整光滑，無(wú)毛刺、凹坑、砂粒、污染層等缺陷。熱切割時(shí)應(yīng)防止火花飛濺

8、到附近的母材表面上。同時(shí)應(yīng)跟據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件盡量減少對(duì)鋯材管道的熱作業(yè)。3、加工坡口所用的工具應(yīng)保持干凈且專門用于鋯材施工。,15,圖示為機(jī)械切割鋯材管道,16,圖示為機(jī)械加工鋯材管道坡口,17,圖示為手工打磨鋯材管件坡口,18,圖示為手工打磨鋯材管件坡口,19,3.2焊件、焊材清理1、坡口兩側(cè)各25mm以內(nèi)的內(nèi)外表面均應(yīng)用不銹鋼絲刷或者銼刀除去氧化膜。2、坡口表面及兩側(cè)各至少75mm內(nèi)外表面上均應(yīng)用合適的溶劑(無(wú)水酒精、工業(yè)純丙酮）清除油脂、水分、灰塵等雜物。用溶劑時(shí)應(yīng)使用干凈的絲綢布，不得使用毛巾、棉紗等。,20,3、清理好的焊件應(yīng)立即焊接或?qū)Υ竻^(qū)域采取防塵措施。焊件置放時(shí)間不宜超過(guò)8小時(shí)，否

9、則應(yīng)再次清理。鋯焊件臨焊之前用溶劑對(duì)坡口再清洗一遍。4、填充焊絲用前必須用溶劑清除其表面上油脂、殘留潤(rùn)滑劑和灰塵等污物，并置于干凈的場(chǎng)所保存。,21,3.3焊口組對(duì)與定位焊焊縫管子、管件組對(duì)按GB50235-97標(biāo)準(zhǔn)中第6.2和6.3條進(jìn)行,不允許強(qiáng)力組裝，嚴(yán)禁錘擊或劃傷材料表面，不允許用熔襯墊環(huán)。管子、管件對(duì)點(diǎn)固焊的工藝措施及焊接材料應(yīng)與正式焊接一致，點(diǎn)焊高度不得超過(guò)管壁厚的2/3。定位焊的焊肉不得有裂紋、氣孔及不允許存在的氧化變色等缺陷，否則應(yīng)打磨消除。,22,4、鋯材焊接1、為防止受空氣污染，焊接時(shí)必須采用有效的氣體保護(hù)措施，直至金屬溫度小于300為止。2、保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)根據(jù)接頭形

10、式和尺寸確定，用導(dǎo)熱性能交好的材料制成，形狀宜與焊件邊緣相似，能夠貼近焊件表面。,23,3、應(yīng)用獨(dú)立的氣路提供各區(qū)域的保護(hù)氣體，保護(hù)氣應(yīng)保持均勻、非紊流并不相互干擾。氣路中應(yīng)沒(méi)有殘留水分和任何泄漏，氬氣輸送管道宜采用塑料軟管，不允許采用橡膠管或其它吸潮材料的管子。,24,4、引弧前，噴嘴及正反面保護(hù)裝置應(yīng)提前供氣，并足以排除氣路及保護(hù)裝置內(nèi)空氣和吸附的潮氣。背面提前通氣量推薦為10倍所需排除的空氣體積。熄弧后，噴嘴及正反保護(hù)裝置應(yīng)繼續(xù)通氣，直到焊區(qū)金屬冷卻到300以下為止。,25,5、焊接過(guò)程中，焊絲加熱端應(yīng)始終保持在氬氣保護(hù)區(qū)內(nèi)，如接觸空氣則應(yīng)切除焊絲端至少25mm。6、手工焊時(shí)應(yīng)保持焊絲均

11、速送進(jìn)，避免焊槍橫向擺動(dòng)。,26,7、當(dāng)焊道表面出現(xiàn)變色時(shí)，應(yīng)立即停止焊接，查明原因，采取措施，并經(jīng)檢驗(yàn)合格后方可進(jìn)行焊接。輕微的表面變色應(yīng)用不銹鋼絲刷清除，對(duì)污染嚴(yán)重的焊縫必須鏟除干凈，并進(jìn)行必要的修復(fù)，方可進(jìn)行下一步的焊接工作。8、焊接過(guò)程中，應(yīng)保持焊接用具、人員衣著干凈。9、焊接過(guò)程中，若鎢極碰撞熔池或焊絲則應(yīng)停止焊接，鏟除污染的焊肉,磨修或更換電極。,27,5、焊后檢查焊接鋯材時(shí),檢驗(yàn)員應(yīng)檢查每層焊道表面顏色。焊道表面應(yīng)是銀白色，完工的焊縫內(nèi)外表面允許有淡黃色或金黃色存在，但必須用不銹鋼絲刷去除掉。如果出現(xiàn)更深的表面變色，則認(rèn)為所采取的保護(hù)措施或工藝不當(dāng)，應(yīng)采用合適的方法除去受污染的焊

12、肉和臨近的母材金屬，并進(jìn)行必要的修復(fù)。,28,1、焊后必須進(jìn)行外觀檢查。焊縫外形尺寸和表面質(zhì)量應(yīng)符合GB50236-98第11條的要求，不低于級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2、焊后對(duì)焊縫正反兩表面必須進(jìn)行100%液體滲透探傷檢查；如果背面不能接近則打底焊道焊接時(shí)必須采取措施，使背面焊透。液體滲透探傷方法和標(biāo)準(zhǔn)按JB/T4730-2005。3、對(duì)焊焊縫焊后應(yīng)進(jìn)行100%X射線檢查，射線探傷方法和標(biāo)準(zhǔn)按JB/T4730-2005執(zhí)行，焊縫質(zhì)量不低于級(jí)。,29,6、鋯材焊接工藝改進(jìn)鋯材管道焊接過(guò)程中，保證焊接質(zhì)量的重要因素在于充分的氬氣保護(hù)和及時(shí)的散熱，通過(guò)對(duì)江蘇索普（集團(tuán)）有限公司二期醋酸工程的施工，為我們對(duì)鋯材的焊接

13、積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，此次對(duì)江蘇索普（集團(tuán)）有限公司醋酸三期工程鋯材管道的施工，我們充分利用了先前積累的經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)鋯材管道的焊接工藝進(jìn)行了改進(jìn),主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：,30,6.1改進(jìn)管道焊接氣體保護(hù)罩在江蘇索普（集團(tuán)）有限公司二期醋酸工程鋯材管道施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們的施工人員凝結(jié)自己的智慧對(duì)管道焊接氣體保護(hù)罩進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的保護(hù)罩安裝簡(jiǎn)便，大大提高了工作效率，減少了氬氣的使用，同時(shí)保證了焊接操作的靈活性及焊接質(zhì)量。,31,醋酸二期鋯材焊接的氣體保護(hù)罩主要有兩種形式：一、兩寸以下的焊口采用全罩保護(hù)。二、兩寸以上的焊口采用托罩保護(hù)。托罩可以固定在焊槍上，也可以專人配合跟隨焊槍移動(dòng)，

14、但此種方法易造成托罩走偏、后翹或因配合不好使槍罩脫節(jié)。不但影響焊縫保護(hù)效果造成焊接質(zhì)量下降，而且浪費(fèi)得氬氣也較多。,32,醋酸三期的施工中，我們總結(jié)了二期的經(jīng)驗(yàn)和不足，在保護(hù)罩上開(kāi)發(fā)思路，并對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。一、6寸以下的焊口均采用全罩保護(hù)。二、6寸以上的保護(hù)罩是在原有托罩型式上面剖開(kāi)一個(gè)長(zhǎng)條孔，開(kāi)孔尺寸以不影響焊槍在罩內(nèi)操作為準(zhǔn)而盡量窄，以便將焊接過(guò)程中的氬氣泄露減至最小。保護(hù)罩內(nèi)部直徑8mm的導(dǎo)氣銅管由原來(lái)的單管改成U型管，并在上面每隔1厘米鉆上一個(gè)2毫米的孔洞以利于罩內(nèi)充氣均勻。,33,焊接時(shí)把保護(hù)罩用高溫膠帶固定在焊縫上，罩上面的開(kāi)口處用兩條高溫膠帶密封，兩條高溫膠帶隨著焊槍的移動(dòng)一個(gè)打

15、開(kāi)、一個(gè)封閉。使焊接熔池和焊縫高溫區(qū)完全受到氬氣的保護(hù)。罩外區(qū)域涂抹無(wú)水酒精配合降溫。這樣不但大大減少了氬氣的浪費(fèi)，而且提高了焊縫的焊接質(zhì)量，同時(shí)操作起來(lái)也更加方便，焊接速度也大大提高。,34,醋酸二期鋯材管道達(dá)因數(shù)約為3896個(gè)，管道壁厚在2.77mm至4.78mm之間，氬氣用量大約為4998立方米，每個(gè)達(dá)因平均用氣量大約為1.28立方米。醋酸三期鋯材管道的達(dá)因數(shù)達(dá)到了9824個(gè)之多，管道壁厚在2.77mm至4.78mm之間的達(dá)因數(shù)量有4575個(gè)，每個(gè)達(dá)因平均用氣量大約為1.07立方米，,35,管道壁厚在4.78mm至12.7mm之間的達(dá)因數(shù)量有5249個(gè)，每個(gè)達(dá)因平均用氣量大約為2.14立

16、方米，相較之下醋酸三期每個(gè)達(dá)因要比醋酸二期節(jié)省氬氣用量如下：0.21立方米（壁厚在2.77mm至4.78mm之間）；0.4立方米（壁厚在4.78mm至12.7mm之間）。因此工程完畢將減少氬氣用量約為3060.35立方米。,36,圖示為醋酸二期鋯材焊接氣體保護(hù)罩（2寸以上）,37,圖示為醋酸三期鋯材焊接氣體保護(hù)罩（6寸以下）,38,圖示為醋酸三期鋯材焊接氣體保護(hù)罩（6寸以上）,39,圖示為醋酸三期12寸鋯材管道焊接,40,圖示為醋酸三期12寸鋯材管道焊接,41,6.2橢圓管道修正器江蘇索普（集團(tuán)）有限公司三期醋酸工程到貨10寸以上鋯材管道均為焊接管道，由于交貨時(shí)間倉(cāng)促，部分管道端口呈橢圓狀，嚴(yán)重影響了管道的焊接質(zhì)量，考慮到緊張的工期，不可能再將管道退回原廠返修，為了不影響工期，我們的工人自己加工制作出了管道修正器，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用，效率高。,42,圖示為管道修正器,43,圖示為管道修正器,44,6.3方便快捷的焊口冷卻鋯材的性質(zhì)活潑在300以上就能與空氣中的氧氣和氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，因此鋯材管道的焊接重點(diǎn)就是保護(hù)和降溫，方便快捷的降溫是焊接質(zhì)量的一個(gè)保證，同時(shí)也要節(jié)省開(kāi)支減少降溫用的酒精的浪費(fèi)，這時(shí)我們的施工