南通特种材料焊接方案

申华化学工业有限公司5万吨/年SBR扩建技改工程安装材料焊接方案中国化学工程第六建设公司二○○四年四月1目录1编制说明2工程概况3焊接施工方法及焊接材料选择4焊接工艺评定和焊工考试5焊前准备6焊接工艺7焊接技术措施8焊接检验及返修9施工质量保证措施10安全技术措施11主要工机具计划一览表21编制说明1.1适用范围本方案适用于申华化学工业有限公司5万吨/年SBR扩建技改工程工艺管道，所用254Smo及哈氏合金等特种材料的管道焊接施工。1.2编制依据1.2.1ASME第Ⅸ卷。1.2.2GBJ50235-97《工业管道工程施工及验收规范》。1.2.3GBJ50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》。1.2.4设计指定规范。1.2.5烟台万华聚氨脂股份有限公司16万吨/年MDI工程招标文件。1.2.6中国化学工程第六建设公司烟台万华聚氨脂股份有限公司16万吨/年MDI工程《施工组织设计》。2工程概况2.1概述2.1.1我公司这次投标的烟台万华聚氨脂股份有限公司16万吨/年MDI工程建在宁波市大榭岛开发区内，厂址北濒大海，南邻环岛北路，西为规划道路，东靠涂泥山，距市中心约40km。工程用地面积约2km2。该工程是由烟台万华聚氨脂股份有限公司用自主知识产权的高新技术异地新建具有世界级规模的MDI工厂。本工程包括生产装置、工艺辅助设施、公用工程、生产管理及生活服务设施、净水厂和污水处理等。生产装置由光化（730）、缩合（731）、分离（735）三个单元组成，各单元工艺管道所用材料及工程量如下（表2-1）：MDI装置各单元所用材料及工程量一览表表2-1单元材料光化（730）缩合（731）分离（735）20#(GB18163)4683.931648546.520g(GB5310)516.711600Cr17Ni14Mo2(GB/T14976)268.51553620Cr18Ni9(GB/T14976)344.8631898.316Mn(GB/T8163)1070.1衬里A587/PTFE777.9衬里A53B/PTFE7136玻璃FRP（HG/T21633）85L254（GB/T9711.1）133.4192Q235(SY/T5037)312.913014300Cr17Ni14Mo2(HG20537)167.770Cr18Ni9Mo2(HG20537)43.816Mn(GB/T9711.1)124.3Q235A/GalV(GB/T3091)320611A312S31254(HG20537.3)388A312CL1S31254(HG20537.3)105小计9562(m)4018(m)11739.8(m)2.1.2MDI装置由于特殊性及介质腐蚀性，采用了不锈钢材料254Smo和特殊镍基合金材料制作、设备和管道，254SMo材料为我公司首次使用，正式施工前必须做好各项准备工作，焊接人员必须进行基本知识、基本技能培训，做好焊接工艺评定工作，制定焊接方案及焊接作业指导书。2.1.3254SMo是一种奥氏体不锈钢，由于它的高含钼量，故具有极高的耐点腐蚀和耐缝隙、腐蚀性能。这种牌号的不锈钢是由阿维斯塔谢菲尔德集团（Avesta.sheffieldA.B）为用于诸如海水等，含有齿化物的环境中而研制和开发的。254SMo也具有良好的抗均匀腐蚀性，特别是在含卤化物的酸中，该钢要优于普通不锈钢。2.2254SMo特性高的钼含量，以及高铬和氮含量使254SMo具有极优良的耐点腐蚀和耐缝隙腐蚀的性能。铜的添加改善了在某些酸中的耐腐蚀性。此外，由于它较高的镍含量和高的铬和钼含量，使254SMo具有很好的抗应力腐蚀破裂的性能。即使是高合金的不锈钢，在含有卤离子诸如氯化物、溴化物和氟等的溶液环境中，其适用性也是极为有限的。由于这个原由，在这些环境中，通常必须使用诸如镍基合金或钛等昂贵的材料。而研制254SMo的出发点就是提供一种不太昂贵的选择。大量的现场试验和广泛的使用经验表明，甚至在略高的温度下254SMo在海水中也具有很高的耐缝隙腐蚀的性能，只有很少种类的不锈钢具有这种性能。254SMo在诸如纸浆漂白生产所需的酸性溶液和氧化性卤化物溶液中的耐腐蚀能力可与耐腐蚀力最强的镍基合金和钛合金相比美。由于254SMo具有较高的含氮量，因此其机械强度比其它种类的奥氏体不锈钢要高。此外，254SMo还具有的延展性和冲击强度，以及良好的可焊接性。254SMo的高含钼量，能使其在退火时有较高的氧化速度，从而在酸洗后具有比普通不锈钢更粗糙的表面。但这对该钢的抗腐蚀性没有不利的影响。用于焊接的超级合金自耗焊材分别命名为AvestaP12和P16，用此类型焊材的焊接部分具有与基底金属同样好的耐腐蚀性能。在制造与加工过程中，必须避免与铜/黄铜件的摩擦接触。如果这些在表面以金属的形式出现，则在焊接、热加工成形和热处理时会导致表面裂缝。4254SMo材料典型化学成份（%）表2-2材料名称碳铬镍钼氮其它254SMo0.0120.018.06.10.20Cu几种哈氏合金材料典型化学成份表2-3材料名称NiMoFoCrSiCoMnPSHastelloyB-2余量26.0-30.0≤2≤0.02≤0.10≤1.0≤1.0≤0.04≤0.03HastelloyC-26余量15.0-17.04.0-7.0≤0.02≤0.8≤2.5≤1.0≤0.04≤0.03W3.0～4.5V≤0.353焊接施工方法及焊接材料选择3.1奥氏体不锈钢手工电弧焊具有热影响区小，易于保证质量，适用于各种焊接位置与不同板厚工艺要求的优点。为提高抗热裂能力多选用碱性药皮焊条，因而常用直流电焊机施焊。为减少焊接变形，奥氏体不锈钢手工电弧焊的坡口倾角和底部R可相应减小。有这种情况为保证脱渣良好，可采用氧化钙型药皮焊条，奥氏体不锈钢焊接一般不需预热和后热，应控制低的层间温度以防止热影响区晶粒长大及碳化物的析出，与腐蚀介质接触的焊层应考虑最后施焊。3.2钨极惰性气体保护焊优点是可应用于全位置焊接，尤其适用于薄件的焊接，保护气体用氩气，为保证电弧的稳定性多选用含1.7-2.2%二氧化钍的钍钨极，注意钨极尖部不能接触熔池，否则造成钨夹渣降低焊缝的塑性。由于钍钨极具有微量的放射线，现多改用铈钨极施焊。焊接方法及焊接材料选择表3-1钢种牌号管材配用焊材焊接方法备注HastelloyH-3ERNiCrMo-10GTAW氩气纯度不低于99.99%。HastelloyH-276ERNiCrMo-9GTAW254SMoENiCrMo-9GTAW4焊接工艺评定和焊工考试4.1焊接工艺评定254SMo材料我公司首次应用，应按管辖规范进行焊接工艺评定。哈氏材料我公司已有评定合格的焊接工艺评定。4.2焊工考试4.2.1焊工施焊前，必须经考试取得施焊合格证，对于首次施焊的新钢种（254SMo）的焊工，施焊前应有针对性地进行培训，进行适应性练习。4.2.2焊工考试依据评定合格的焊接工艺及编制的焊接工艺卡进行。55焊前准备5.1材料、场地、机具准备5.1.1焊接施工所涉及的管材、管件、焊材等应符合ASTM《美国材料协会标准》、AWS《美国焊接协会标准》等专用标准要求，施工前应按设计要求，认真核对其材质、规格、型号。5.1.2焊接场所应安排在室内，避免雨、雪、风、霜的干扰，室内保持干燥、清洁，无灰尘，无黑色金属的切割，打磨和焊接施工，并有保温、加温措施，环境温度不得低于5℃，相对湿度不得大于90%，否则应采取有效措施，方可施工。5.1.3焊接设备应能满足使用要求，手工钨极氩弧焊机应具备高频或脉冲引弧，熄弧电流衰减，提前送气和延时断气程序功能等。5.2管材切割和坡口加工5.2.1管材下料前，应认真熟悉管道单线图，仔细核对材质、规格、尺寸，做好标记移植。划线应采用记号笔，禁止打钢印，经质检员、技术员复核后方可切割。5.2.2S31254管材宜采用机械方法切割，其它不锈钢材料如管径较大可采用等离子切割，但应对切口附近内外表面采取防污染措施，切割后应采用机械方法除去污染层。5.2.3加工坡口所用工具应为专用，并保持清洁。5.2.4机械加工后，坡口表面还应使用锉刀、刮刀、不锈钢丝刷等工具进一步加工，使坡口表面平整光洁，无毛刺、凹坑、砂粒等缺陷。5.3焊前清理5.3.1坡口两侧各25mm范围内、外表面，采用锉刀、刮刀或不锈钢丝刷除去氧化膜。5.3.2坡口两侧各75mm范围内、外表面，采用合适的溶剂（酒精、丙酮）除去油脂、水份、灰尘等杂物，施用溶剂应采用干净的海绵或白绸布，不得使用毛巾、棉纱。5.3.3清理好的焊件应立即进行焊接或采取防尘措施，放置时间不得超过8h。S31254焊件，临焊前，应使用溶剂对坡口再清洗一遍。5.3.4填充焊丝使用前必须用溶剂清除其表面上的油脂、残留的润滑剂和灰尘等污染物，并置于干净的场所保存。药皮焊条应在250-300℃烘箱内烘干1-2h，然后转入120-150℃恒温箱内保存，随用随取，远距离携带应使用保温筒。5.4组对和定位焊5.4.1管子、管件组对按照GB50235-97、GB50236-98规范有关规定进行，采用木锤或铜锤敲打，不允许强力组装。5.4.2定位焊应采用与正式焊接相同的焊接材料和焊接工艺，定位焊缝的厚度，不得超过管子壁厚的2/3，并需特别注意定位焊缝的质量，发现裂纹、气孔、不允许的氧化变色等缺陷，应清除重焊。6焊接工艺6直管管内充气装置示意图三通管内充气装置示意图焊枪夹头局部保护拖罩示意图焊枪夹头横断面三通半周保护罩示意图侧向保护罩简图侧向保护罩应用示意图紧固螺栓6.1一般要求6.1.1焊接施工应采用滚轮架，尽可能在平焊位置施焊，注意起弧和收弧处的质量。多层焊，应将层间接头错开，收弧时应填满弧坑。6.1.2当母材温度低于15℃时，应对近缝区进行预热，加热可采用远红外电加热，也可采用喷灯，但应避免火焰直接接触焊接坡口，以防止污染，预热温度应在18℃以上，焊接层间温度应控制在100℃以下。6.1.3焊接过程中，如钨极碰触溶池或焊丝，应停止焊接，除去被污染的焊缝，修磨或更换电极。6.2焊接要求6.2.1金管道焊接时，管道内应充氩保护。由于液态金属流动性较差，根部间隙应适当加大，打底焊道封口时，应注意管内充氩压力，防止产生焊缝内凹缺陷。6.2.2焊接采用小规范，快焊速，严格控制热输入。手工钨极氩弧焊应避免焊枪的横向摆动，手工电弧焊摆动幅度应不大于焊条直径的3倍。6.2.3层间应认真清理，除去溶渣、飞溅、不良成形造成的边缘夹角等影响继续焊接的缺陷，并用不锈钢丝刷清除焊道表面的氧化膜，必要时还应采用溶剂清理，防止油污、灰尘等造成焊缝液化裂纹。7焊接技术措施主要技术措施是：7.1焊前管道材料和焊丝表面进行机械清理和化学清洗。7.2根据不同管道焊接形式，制作特殊保护工装。7.3焊接过程中，焊把、管内、保护工装三部分充以高纯度氩气保护。7.4工装与被焊管间采用耐高温胶布滑动密封提高保护数果。7.5工装内部通水降温，加快冷降速度，减小工装体积。附工装保护示意图78焊接检验及返修8.1焊后必须进行焊缝外观检查。检查前应将焊缝及热影响区表面的溶渣、飞溅清理干净。焊缝及热影响区不得存在夹渣、气孔、裂纹、咬边、熔合性飞溅等缺陷。焊缝表面质量应不低于GB50236-98规范、II级焊缝标准，并认真填写检查记录。8.2焊后应对焊缝正反两面进行100%液体渗透探伤检查。如背面无法接近，则打底焊道表面应进行100%液体渗透探伤检查。液体渗透探伤方法和评定执行JB4730-94规范。8.3对接焊缝焊后进行100%射线探伤检查，焊缝质量不得低于II级。射线探伤方法和评定执行JB4730-94规范。8.4检查人员根据执行工艺纪律情况，有权要求焊工按焊接产品相同的工艺焊接一个试管，加工成两根弯曲试件，按评定要求进行弯曲试验。如果弯曲试验不能通过，则该焊工焊接的产品质量将被判为不合格。8.6焊缝如果存在不能允许的缺陷，必须进行返修。缺陷应采用机械方法或其它合适的方法去除，并经液体渗透探伤检查，确认缺陷已全部清除后，方可补焊。8.7焊缝返修的焊前清理、焊接工