浅谈500m3锆钢复合板储罐焊接工法

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摘要：锆的化学活泼性大，高温下会与氢、氮、氧等气体起化学反应。氢、氧、氮与锆形成脆性化合物，不但使锆塑性和韧性明显变差，而且使锆的耐蚀性急剧降低。另外，由于锆熔点高，导热系数小，因此在锆材的焊接中，对焊接工艺参数提出了更高的要求。文章论述了中油吉林石化公司丙烯腈厂增设500m3酸水储罐项目中应用的锆钢复合板焊接工法，从锆的焊接性能、焊接方法、焊接工艺流程、操作要点、质量控制、效益分析等方面做了说明。

关键词：工业锆；锆钢复合板；储罐焊接工法；脆性化合物；焊接工艺参数；500m3酸水储罐项目

中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）33-0070-03

1 概述

工业锆属于高熔点稀有金属，是原子能工业、化工、石油化学工业中的一种重要结构材料，在大多数有机酸、无机酸、强碱和一些熔融态的盐中均具有优良的耐腐蚀性。锆的耐腐蚀性优于不锈钢、镍和镍合金。在苛性腐蚀介质中与不锈钢、钛及镍基合金相比，大大提高了设备的寿命和可靠性，能够取得更大的经济效益。

锆化学活泼性大，高温下会与氢、氮、氧等气体起化学反应，锆在315℃～1000℃强烈吸氢，在400℃以上强烈吸氧，在800℃以上强烈吸氮。氢、氧、氮与锆形成脆性化合物，不但使锆塑性和韧性明显变差，而且使锆的耐蚀性急剧降低，其中氧对塑性和韧性的影响大，而氮对耐蚀性的影响大。另外，由于锆熔点高，导热系数小，因此在锆材的焊接中，对焊接工艺参数提出了更高的要求。在中油吉林石化公司丙烯腈厂增设500m3酸水储罐项目中应用了锆材的焊接技术，下面介绍一下焊接工法。

2 工法特点

本工法根据锆材的特性和数据进行分析，从以下三个方面改进了锆材的焊接工艺：确定了更加合理的焊接工艺参数；制定有效的气体保护措施；对焊接机具进行小改造，增加一个氩气喷嘴。

通过上述三个方面的改进，使锆材焊接后的外观成形和表面颜色都有了很大程度的改观，从而减少了焊接处理的工作量，提高了经济效益。

3 适用范围

本工法适用于锆材（R60702）搭接焊缝。

4 工艺原理

锆焊接性较好，可以采用多种焊接方法，其中氩弧焊是比较经济的方法。锆在590℃以上对氧、氮、氢的脆性敏感，因此对该金属的焊接必须进行焊接保护，防止大气污染。在焊接时，锆必须与大气隔离，一直冷却到593℃以下。锆焊丝必须进行化学清洗。

5 工艺流程及要点

5.1 坡口加工

采用机械加工的方式将坡口加工成型，对焊口表面进行机械打磨，露出金属光泽。用丙酮对母材及焊丝进行擦洗，保证没有严重的氧化、水汽、油污及赃物。清理程序应为：磨光机打磨不锈钢丝轮（刷）清理抛光轮抛光丙酮清洗封口保护。

5.2 组对

点固焊采用手工电弧焊，每隔300～350mm，点焊5～8mm。

5.3 焊接参数

焊接方法，氩弧焊。采用直径Φ2.4mm的焊丝，电流采用直流正接方式，电压为12～14V，电流为100～140A，主喷嘴的氩气流量为10～12L/min，附加保护及付喷嘴的氩气流量为22～24L/min，在施焊前2min开始送气，在焊接结束2min后停止送气，钨极直径为Φ3mm。罐板锆贴条焊接，焊接形式如图1所示：

图1 罐板锆贴条焊接

5.4 焊接

工法采用全氩弧且全熔透性焊接。点焊方式与正式焊接工艺相同。引弧采用回焊法，且用高频引弧，不允许摩擦引弧。焊接采用小电流、稍摆动的方法。

背部气体保护通过碳钢基层开孔持续保护。采用整体充氩，充氩时间为焊接不锈钢的5～10倍。焊接过程中，注意焊丝端部不要离开氩气保护区域，如果焊丝离开氩气保护，继续焊接时，焊丝端部至少切掉25mm。

尽量避免采用砂轮机修磨，可采用金属磨头修磨。若采用砂轮机修磨，打磨时需浇水冷却，打磨温度不得超过315℃，以避免强烈氧化。严格控制层间温度，层间温度不得高于107℃。焊接完成后，冷却至环境温度方可停止氩气保护。并检查外观色泽，以银白色为合格。

5.5 操作要点

锆材焊接与其他材料焊接相比，需要注意以下

七点：

5.5.1 因锆材焊接气孔主要是由于坡口表面的污染引起，所以施焊时必须在丙酮擦洗后的30min内，如果不能在规定时间内焊接，应采取措施对焊口进行保护，如用医用胶布粘贴保护。

5.5.2 确保氩气纯度≥99.996%以上。

5.5.3 在现场焊接，必须搭设挡风设施，且挡风设施应尽量严密，以防止环境中存在的沙尘污染锆材表面。环境温度如低于15℃，在焊接前必须预热到15℃以上。焊机离焊件不得超过5m。

5.5.4 为使焊缝在整个固化过程中都受到良好的保护，直至温度下降到400℃以下，可采取以下措施：（1）采用加大氩气流量，促进熔池固化、降温。但这种方法将直接影响焊接质量，因为气体流速过大，极有可能将未固化的金属吹离熔池，如流量较小，又起不到对降温过程保护的作用；（2）在焊接时采用罩式拖尾保护装置。但这种方法会影响焊工在施焊过程中对熔池的观察，不利于焊工控制焊接质量；（3）在主喷嘴外增加副喷嘴（副喷嘴独立送气系统）的保护方法。其中副喷嘴不对熔池送气，对已经固化但温度在400℃以上部分焊道送气。这种方法一方面吸取了增大氩气流量的优点，但是又避免了把未固化的金属吹离熔池的缺点；另一方面因为没有保护罩遮挡视线，便于监测焊缝温度，以便使保护喷嘴氩气流量和焊接角度可以灵活调整，克服了增加保护罩的缺点，以达到最佳效果。

5.5.5 对于主喷嘴的直径，一般选用内径16mm以上的为宜，并应在焊接前送气，以保证周边气体的纯度。

5.5.6 对锆材焊接，应尽量采用小电流、慢焊速等小热量输入焊接方法。

5.5.7 焊接完毕，焊缝呈现浅黄色、深黄色、淡蓝色表明焊缝已被氧化，需要用不锈钢丝刷清除表面。深蓝色、蓝灰色、灰色、白色表示焊缝被强烈氧化，需要打磨并修补。

6 所需设备

本工法需要的主要设备：YD-350GR氩弧焊机2台，400A逆变焊机5台，磁力钻1台，切割机1台，直磨机

1台。

7 质量控制

7.1 焊缝质量控制标准

焊缝质量标准执行GB50128-2005《立式筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》。无损检测标准执行JB/T4730-2005《承压设备无损检测》。

7.2 质量保证措施

7.2.1 焊工必须按国家质量监督检验检疫总局颁发的《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》进行考试，并取得相应的焊工资格证书。

7.2.2 施焊前，所用材质应按JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》及GB50128-2005《立式筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》的规定进行焊接工艺评定，并评定合格。

7.2.3 组对间隙严格按要求执行。为保证组对间隙，必须严格控制如下环节：壁板尺寸的偏差，应符合GB50128-2005《立式筒形钢制焊接储罐施工及验收规范》的规定，保证横平竖直。

7.2.4 焊材必须具有材质合格证。

7.2.5 焊接时严格执行焊接工艺。

8 效益分析

采用本工法极大地降低了不合格率，且提高了工作效率，从而节省了成本。以完成1m焊缝所需的各种消耗为例，对效益情况进行简要分析。

第一，传统氩弧焊方法下，焊工在焊接后，还要对部分焊道进行打磨，而改进后的方程基本做到了焊缝一次成形，在很大程度上减少了二次打磨修补的过程。使用传统焊接方法，1名焊工，焊接1m焊缝再进行二次打磨修补，约需4小时；采用改进后的方法，焊接1m焊缝，并进行少量二次打磨和修补，约需2.5小时，平均1m焊缝减少1.5小时。平均每个班可增加约1m合格焊缝。如按400元/8小时计算焊工人工费，则焊接1m焊缝，可节约人工费支出约75元。

第二，增加尾部保护以后，虽然增加了近2.5倍氩气使用量，但同时减少了锆材焊丝的二次投入以及打磨和擦洗用料的投入。假设二次补焊使用的锆材焊丝和增加的氩气价值相等，则可减少打磨及擦洗用料投入约20元/m。经上述分析，焊接每m焊缝的可见经济节约为95元/m，一台500m3储罐的锆材焊缝约为800m，可节约成本约76000元。

采用本工法后，焊缝成形美观，焊接速度快，受到业主、监理及其他相关单位的赞扬，其社会效益巨大。

9 应用实例

本工法在2011年在中油吉林石化公司丙烯腈厂增设500m3酸水储罐项目进行应用，效果较好。

参考文献

[1] 郗峰波，李晴，飞.锆的焊接特性与工艺性[J].现代焊接，2013，（1）.

[2] 李献军，夏峰，文志刚，冯军宁.工业纯锆产品的性能和应用[J].精细化工原料及中间体，2010，（2）.

[3] 周文超，周为.锆及其复合板焊接工艺研究[J].热加工工艺，2013，（23）.

[4] 王坚，杨俊，顾绍珏，左占科.锆制容器筒体环焊缝焊接方法探讨[J].中国化工装备，2009，（3）.

作者简介：郭春梅（1978-），女，吉林吉林人，吉林工业职业技术学院讲师，硕士，研究方向：化工装备技术；刘洋（1979-），男，吉林吉林人，中油吉林化建工程有限公司工程师，研究方向：焊接技术。