特种材料焊接施工方案(新)

1 目目 录录 1 编制说明 1 1 适用范围 1 2 编制依据 2 工程概况 2 1 概述 2 2 材料焊接特点 2 3 镇江 10 万吨 醋酸工程特种材料焊接技术开发及应用简介 2 4 施工特点 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 4 1 焊接工艺评定 4 2 焊工考试 5 焊前准备 5 1 材料 场地 机具准备 5 2 管材切割和坡口加工 5 3 焊前清理 5 4 组对和定位焊 6 焊接工艺 6 1 一般要求 6 2 锆 702 焊接要求 6 3 哈氏合金焊接要求 7 焊接技术措施 8 焊接检验及返修 9 施工质量保证措施 9 1 施工程序要求 9 2 暖棚结构图 2 9 3 材料堆放 运输及吊装要求 10 安全技术措施 11 主要工机具计划一览表 1 1 编制说明编制说明 1 1 适用范围 本方案适用于江苏索普 集团 有限公司 15 万吨 年醋酸主装置醋酸车间工艺管道 工程项目的锆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 1 ASME 第 卷 1 2 2 GBJ50235 97 工业管道工程施工及验收规范 1 2 3 GBJ50236 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 江苏索普 集团 有限公司 15 万吨 年醋酸工程招标文件 1 2 6 中国化学工程第六建设公司索普 15 万吨 年醋酸工程投标 施工组织设计 2 2 工程概况工程概况 2 1 概述 醋酸装置由一氧化碳车间及醋酸车间组成 我公司这次投标的为醋酸车间合成 210A 分离 210B 回收 210C 中间管廊 210D 密封液 210E 和中间 贮槽区 210F 等工段组成 由于醋酸工艺的特点 其物料腐蚀性很强 设备 管道 伐门及仪表等需采用价格昂贵的特种合金材料 醋酸工程由于特殊性及介质腐蚀性 采用稀贵金属锆材和特殊镍基合金材料制作设备和管道 工程大量使用锆 702 哈氏 B 3 哈氏 C 276 材料 锆 702 及哈氏合金的主要化学成份及机械性能见下表 锆锆 702 材料主要化学成份及机械性能材料主要化学成份及机械性能 化学成份 机械性能 材料 名称 ASTM 分类代 号 Zr HfHfSnHNCNbO s MPa b MP a 5 Zr702R60702 99 2 4 5 0 2 0 00 5 0 02 5 0 050 05 0 1620737916 3 几种哈氏合金材料主要化学成份及机械性能几种哈氏合金材料主要化学成份及机械性能 化学成份 机械性能 材料 名称 ASTM 分类 代号 NiMoFeCrCSiCoMnPS s MPa b MPa 5 Hastelloy B 2 N10665 余 量 26 0 30 0 2 1 0 0 0 2 0 10 1 0 1 0 0 04 0 03 35275840 Hastelloy C 276 N10276 余 量 15 0 17 0 4 0 7 0 14 5 16 5 0 0 2 0 8 2 5 1 0 0 04 0 03 W3 0 4 5 V 0 35 28369040 以上数据来源 ASME1989 第 4 卷 管材部分 2 2 材料焊接特点材料焊接特点 A 锆材 锆及锆合金具有优异的核性能 良好的抗高温水和蒸汽腐蚀性能 广泛的应用于 核动力工程 锆及锆合金在许多有机酸 无机酸 强碱和熔融盐中具有优异的耐蚀性 和导热性 是优异的化工耐蚀结构材料 纯锆熔点达 1852 焊接需要采用大能量热 源 但在高温下化学活性很大 极易与空气中的氧 氢 氮发生反应 使其机械性能 与耐蚀性能急剧降低 当被加热到焊接温度时 很容易溶解其表面的氧化物 还与大 多数元素 包括陶瓷发生反应 锆和锆合金在 200 开始吸收氧 300 开始吸收氢 400 开始吸收氮 对焊接条件的变化极为敏感 焊接技术的关键是焊前金属表面的清 理和焊接高温条件下的隋性气体保护 国内核工业系统在核反应堆燃料芯棒护套等小 范围锆材料焊接中 多采用真空电子束焊或隋性气体保护小室内焊接工艺 现场条件 下大规模化工管道焊接很难实现 B 哈氏合金 醋酸工程中 常用的三种 Hastelloy 材料 根据不同的介质 温度 压力与设计工 况选用 其中 HastelloyB 3 合金属镍 钼系新型耐蚀合金 加工性 导热性 液态金属 流动性都较差 在 500 900 区间有敏化倾向 焊接特点主要是热输入控制 haztelloyC 276 合金均属镍 铬 钼系新型耐蚀合金 有热裂纹和晶间腐蚀倾向 焊接特 4 点也主要是热输入控制 2 3 特种材料焊接技术开发及应用简介 中化六公司 1995 年承建 10 万吨 年醋酸工程后 立即成立了以公司副总工程师挂 帅的特材焊接技术攻关小组 开展了国内外文献资料收集 走访国内科研院所 知名 大学 去上海当时唯一一套引进装置考察 并二次赴国外考察 了解到国外锆材化工 管道焊接 大部分在工厂内采用高技术机械焊 装备要求极高 少量现场焊口 采用 常规手工钨极氩弧焊 技术绝对保密 国内核工业系统有少量应用 现场管道焊接 无先例可鉴 按外国的办法我们没有装备 请外国人来焊 花费巨大 国内又基本没 有成功经验可供借鉴 我们根据材料供应商提供的技术通报等有限资料 立足现有装 备和施工经验 经过近百次的试验研究 历时两年 创出了一套适合中国国情 投资 少 适用范围广的锆材化工工艺管道焊接施工新技术 经镇江工程应用 焊接 1 4 18 管道焊口 1200 余道 经检测 质量完全符合 ASME 等相关规范的要求 焊缝表面 均为银白色 检测数据反映 焊接质量优良 经原化工部科技司组织的专家鉴定认定 成果技术先进 在氩气保护工装设计上尤具特色 采用了多项技术措施 设备简单 构思新颖 技术可靠 成果处于国内领先地位 接近国际先进水平 在镇江工程中还 焊接三种 Hastelloy1 4 20 管道焊口 600 余道 经验测 质量优良 锆材和 Hastelloy 特材管道焊接一次合格率达到 98 以上 镇江索普集团提供的应用证明反映该成果的 成功应用 比照国内同类引进装置 节约专利使用费 人工费达 420 万美元 该工程焊接技术先后获得过多项部级和国家级奖 奖励和荣誉项目清单见下表 5 Z ZR R702702 化工工艺管道焊接技术及镇化化工工艺管道焊接技术及镇化 1010 万吨万吨 年醋酸工程获奖项目一览表年醋酸工程获奖项目一览表 序 号 证书编号奖项名称颁发单位 颁发 年月 197 2 017 1Zr702 化工工艺管道焊接技术科技进步二等奖化学工业部97 12 2第 319847 号一种锆及锆及合金管道焊接保护工装实用新型专利证书国家知识产权局99 3YJGF59 98锆及锆合金管道焊接工法国家级工法建设部2000 4HGGF 01 97 98锆及锆合金管道焊接工法部级工法化学工业部99 5XHGF9904锆及锆合金管道焊接工法总公司级工法中国化学工程总公司99 6CCIA2000 19Zr702 化工工艺管道焊接技术推荐为建筑工程新技术新产品中国建筑业协会2001 7江苏索普集团有限公司年产 10 万吨 年醋酸工程获全国用户满意工程中国施工企业管理协会2001 8镇江化工厂 10 万吨 年醋酸生产主装置工程第六批中国企业新纪录中国企业联合会中国企业家协会2001 9Zr702 化工工艺管道焊接技术一九九九年中国安装之星中国安装协会2000 10镇江化工厂 10 万吨 年醋酸主装置焊接工程评为全国优秀焊接工程中国工程建设焊接协会98 11江苏索普集团有限公司年产 10 万吨醋酸工程获一九九九年度化学工业优质工程化学工业部99 12江苏索普集团公司 921 工程醋酸装置竣工质量优良江苏省化工建设工程质量监督站98 13攻克锆材管道施工难关 QC 小组成果获中国化工施工 1997 年度优秀 QC 小组成果一等 奖 国家石油和化学工业局98 14锆材焊接攻关 QC 小组被命名为一九九八年全国化工优秀质量管理小组 三等 国家石油和化学工业局98 15锆材焊接攻关 QC 小组被命名为一九九八年全国工程建设优秀质量管理小组国家工程建设质量奖审定委员会98 6 2 4 施工特点及难点 锆 702 属非合金级锆 是优异的化工耐蚀结构材料 锆材的化学性质活泼 当被 加热到焊接温度时 极易与空气中的氧 氢 氮和材料表面的氧化物发生反应 形成 脆化物 造成材料机械性能和耐蚀性能急剧恶化 对焊接条件变化极为敏感 焊接要 点是 焊前材料和焊丝表面清理和焊接过程中高纯惰性气体配合特殊工装的防护 哈 氏 B 2 合金 属镍 钼系新型耐蚀合金 加工性 导热性 液态金属流动性都较差 在 500 900 区间有敏化倾向 焊接要点主要是管内惰性气体保护和热裂倾向控制 哈氏 B 3 哈氏 C 276 合金均属镍 铬 钼系统新型耐蚀合金 加工焊接与奥氏体不锈钢基本 相似 只是要求更高 有热裂纹和晶间腐蚀倾向 焊接要点主要是严格控制热输入 锆材属稀贵金属 价格十分昂贵 几种哈氏合金 均系国外进口 价格不菲 要 求参预施工人员认真熟悉施工组织设计和施工图纸 严格按照本方案慎重下料 避免 浪费 参照本公司现有国家级工法 锆及锆合金管道焊接工法 及镇化 10 万吨 年醋 酸工程哈氏合金焊接技术成果 精心组织 再创辉煌 3 3 焊接施工方法及焊接材料选择焊接施工方法及焊接材料选择 考虑到醋酸工程特种材料焊接的特殊性 参照镇化醋酸工程特种材料焊接施工经 验 本次施工全部采用加工场管段预制焊接 然后运到现场螺栓连接安装 现场不发 生焊接 焊接方法和焊接材料选择 管道材料焊接方法焊接材料备注 Zr702GTAWERZr 2氩气纯度不低于 99 999 Hastelloy H 3GTAWERNiCrMo 10氩气纯度不低于 99 99 Hastelloy C 276GTAW 或 GTAW SMAW ERNiCrMo 9 ENiCrMo 9 氩气纯度不低于 99 99 4 4 焊接工艺评定和焊工考试焊接工艺评定和焊工考试 4 1 焊接工艺评定焊接工艺评定 采用我公司已评定合格的焊接工艺评定 详见下表 7 管道材料WPS 编号PQR 编号备 注 Zr702921T 1 921T 2 961118 961120 Hastelloy B2921T 3 921T 4 961123 961124 Hastelloy G 3 Hastelloy C 276 921T 5 921T 6 961125 961126 现场焊接作业工艺指导书 详见附件 1 6 当工艺评定不能满足现场施工要求时 应按管辖规范 重新评定 4 2 焊工考试 原有 3 名焊工 曾按照 ASME 第 卷要求进行过技能评定 焊工考试 因国外 规范无时限要求 原焊工考试合格证有效 如设计部门 监理部门有要求或新增焊工 还应进行焊接操作项目 重新进行焊 工考试 考虑到焊工有一段时间未进行过上述焊接操作 正式焊接施工前 还应进行适应 性培训 焊前测试 以保证焊接施工质量 5 5 焊前准备焊前准备 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 8 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 2 锆 702 管材只允许采用机械方法切割 哈氏合金管材允许采用等离子弧切割 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 对锆 702 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 6 焊接工艺焊接工艺 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 9 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 锆 702 焊接要求 6 2 1 为防止空气污染 焊接时必须对焊接区域 温度高于 200 的热态金属采取有 效的惰性气体保护措施 并注意保持焊接用具 工装 人员衣着的干净无尘 6 2 2 保护工装结构形式应根据接头形式确定 并尽可能与被焊管材表面贴合严密 可采用耐高温胶布辅助封闭措施 提高保护效果 防止因空气漏入造成失效 6 2 3 由独立的气路提供各区域保护气流 且达到均匀 非紊流和互不干扰 输气管 路应无泄漏和残留水分 一般应采用塑料管 尼龙管 禁止使用橡胶管等易吸湿材料 管道 6 2 4 为保证保护气体纯度 防止紊流卷入有害气体 焊接开始前 各部均应提前送 气 焊接停止后 应继续送气 直至焊接区域冷却到 200 以下 6 2 5 焊接采用小规范 快焊速 并避免焊枪横向摆动 当单道焊缝不能满足焊缝宽 度要求时 可采用压道焊 6 2 6 焊接过程中 焊丝加热端应始终处于氩气保护区内 灭弧后 焊丝可暂不拿出 焊接区域 如发生污染变色 则应切除至少 25mm 6 2 7 焊接过程中 如发现焊缝及热影响区出现不能允许的污染变色时 应立即停止 焊接 查明原因 采取措施 并经验证确实有效后 方可继续焊接 轻微的表面变色 可用不锈钢丝刷清除 对污染严重的焊接 必须铲除干净 并进行必要的修复后 方 可进行下一步的焊接工作 6 3 哈氏合金焊接要求 6 3 1 哈氏合金管道焊接时 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 3 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 3 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 10 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 污 灰尘等造成焊缝液化裂纹 7 7 焊接技术措施焊接技术措施 7 1 由于锆及锆合金材料的特殊性 锆及锆合金焊接技术的关键是焊前金属表面的清 理和焊接高温条件下的隋性气体保护 选用在大气中采用手工钨极惰性气体保护焊 GTAW 方法 主要技术措施是 1 焊前对锆管道材料和焊丝表面进行机械清理和化学清洗 2 根据不同锆 702 管道焊接形式 制作特殊保护工装 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 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 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 7 2 哈氏合金由于其加工性 导热性 液态金属流动性差的特点 其焊接技术措施主 要是热输入的控制 8 8 焊接检验及返修焊接检验及返修 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 锆 702 管道焊接时 检查员应检查每层焊道表面颜色 焊道表面应是银白色 完 工的焊缝内外表面允许有淡黄色或浅兰色存在 但必须用不锈钢丝刷去除 如出现更 11 深的表面变色 则应查清原因 进行修复 哈氏合金管道完工的焊缝 也应除去其表 面的氧化变色 8 3 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 4 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 5 每个焊工每焊接 10 个锆管焊口时 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 焊接工艺 焊接检验应按原要求进行 同一部位返修不得 超过两次 经两次返修仍不合格的焊缝 应割口重焊 9 9 施工质量保证措施施工质量保证措施 9 1 施工程序要求施工程序要求 根据材料特性 焊接施工全部在室内 预制完成的管段 运至现场进行组装 预 制场内应布置必要的加工机具 并具备焊接 无损探伤 试压 清洗 吹扫 包装等 条件 要求施工队周密考虑现场情况 细致审图 合理分段 做好实测实量工作 并 将电气仪表接口 静电接地及运输 吊装等制约条件全盘考虑 防止错误 遗漏 安装 完成的管道应与工程管理 甲方生产协调 做好成品保护工作 防止损坏 丢失 9 2 暖棚结构图 暖棚结构图 12 说明 说明 1 棚架采用 48 3 脚手架管 2 棚壁采用瓦棱铁 外蒙一层阻燃蓬布保温 3 棚内地面采用 5mm 橡胶板铺满 4 照明 取暖采用碘钨灯 油汀或远红外加热器 与棚壁地面保持一定距离 电线布 置要充分考虑安全性 5 暖棚内配置两台通风机 4 4m 工作台一块 不锈钢板 操作案一个 工具 箱 货架适量 6 门口