镍钢复合板焊接工法

N6/Q235A镍/钢复合板焊接工法（YJGF113—2004）

中国化学工程第六建设公司

简逖王广继前言2004年3月，我公司承接了山东淄博齐鲁20万吨/年离子膜烧碱装置的施工任务。该装置由成都八院设计院设计，采用日本旭化成电解专利技术。其电解工序中碱液中间罐（位号为：V—2200,规格：（P6600x10000,容积：322m3,重约40000kg，底、壁、顶板厚度分别为6=3+12、3+10、3+8,常压锥顶罐）其材质为镍/钢复合板（N6/Q235A）。作为一种新型的复合材料，镍/钢复合板（N6/Q235A）具有成本低，耐腐蚀性强等特点，在石油、化工方面有着广阔的应用前景。由于镍与钢具有不同的焊接特性和不同的物理化学性能，镍/钢复合板在焊接过程中易产生热裂纹及气孔。只有解决了镍/钢复合板的焊接缺陷，该材料才能得到全面的推广与应用。在齐鲁20万吨/年离子膜烧碱装置V-2200碱液中间槽的焊接制作中，公司经过技术攻关，成功开发出镍/钢复合板焊接技术，解决了镍/钢复合板的焊接难关。经过化工施工技术鉴定委员会鉴定认定：技术先进，属全国同行业先进水平；工艺合理，设备简单，操作方便；焊缝质量优良，提高了工效。本工法被授予公司2004年度工法一等奖，2003—2004年度全国化工施工工法（部级），2003—2004年度土木建筑国家级工法。一、镍及镍/钢复合板的物理化学性能及焊接特性镍是在某些介质中耐蚀性非常好的金属材料，例如：镍抗碱类的腐蚀性非常强，对酸性和碱性的有机化合物的抗腐蚀性也非常强，但对亚硫酸、盐酸特别是硝酸的抗腐蚀性能较差。镍具有高的熔点（1455°C）、一定的强度和高的塑性、良好的加工性能和焊接性能。镍/钢复合板（N6/Q235A）,其基层为Q235A，复层为六号镍（N6）,纯度99.5%，其化学成分见表1：表1 镍/钢复合板（N6/Q235A）化学成分表化学成分CuSiMnCMgSPFePbBi、SnAsSb、CdZn含量（％）0.0020.01<0.0020.050.017<0.0050.0010.0050.002<0.002<0.002<0.002<0.002镍与钢具有不同的焊接性能，它们具有不同的物理化学性能—热膨胀系数差异大，因此焊后易产生热裂纹。同时两者具有较强的熔合性，焊接时，如果基层的碳过渡到复层中，会降低复层的耐蚀性。因此，如何保证焊后不产生热裂纹，同时确保复层的耐蚀性成为镍/钢复合板焊接的关键。二、适用范围本工法是以齐鲁20万吨/年离子膜烧碱装置碱液中间槽罐制作为基础编制的，对于镍/钢复合板（材质为N6/Q235A.B，壁厚在：复合层6$3mm,基层5=5-24mm之间）的对接焊缝和角焊焊缝同样适用。三、工艺原理镍/钢复合板是由两种不同材质组成，由于镍与钢具有不同的焊接性能，两者具有无限熔合性；同时，镍与钢具有不同的物理化学性能——热膨胀系数差异大，为防止焊后产生热裂纹，降低复层耐蚀性，复层焊接选用热源集中、温度高、热影响区窄的手工钨极氩弧焊，选择相匹配的焊丝，氩气选用纯度不小于99.99%，基层焊接选择焊条电弧焊，选用与Q235A相应的焊接材料，焊接接头的抗拉强度应不低于基层母材标准规定的抗拉强度的下限值。焊机选用性能稳定的直流焊机，正极接法。手工钨极氩弧焊是通过焊嘴喷出的氩气将焊件处的空气排除掉，在氩气的保护下，利用焊嘴上钨极与工件之间的电弧热来加热和熔化焊件、焊丝，通过它们的共同熔化，结晶而形成焊缝。根据焊件尺寸，选择适当的焊接工艺，从而获得满意的焊接质量。一）、镍复合板焊接施工工序流程如图1图1焊接工艺流程图（二）、焊接施工要求1、焊接材料的选用齐鲁20万吨/年离子膜烧碱工程，镍/钢复合板板材为N6/Q235A（3+12），焊接复层时选用进口焊丝，牌号为N48K4H,规格为少2.0mm,各种化学性能及技术指标与国内N6材质接近，焊接基层Q235A时选用E4303焊条，规格为少3.2-4.0mm,选用纯度不低于99.99%的氩气保护，钨极选用铈钨，规格为(P2.0-3.0mm。2、焊接工艺评定及焊工考试施工前因国家行业尚无镍/钢复合板工艺评定规范，参照JB4708-2000中有关规定进行焊接工艺评定，并根据评定结果编制焊接工艺说明书，指导焊工培训，焊工培训考试按国家质监总局颁发的《锅炉压力容器、压力管道焊工考试与管理规则》的有关规定进行，考试合格后方可上岗施焊。3、焊接工艺（1） 、由于镍和钢可无限固熔，同时考虑到两者物理性能的差异，从减小基层熔入复层熔合比方面考虑，先焊基层，再焊过渡层，最后焊接复层，这样既可以避免复层重复受热，同时也可减少由于复层熔入碳钢基层中过多而使其材质变脆，避免焊后产生裂纹。焊接基层时，应尽量避免在复层上引弧，以避免基层金属在复层上的沉积。（2） 、镍/钢复合钢板焊接质量好坏，关键是基层和复合层交界处（过渡层）的焊接。焊过渡层时，为减少基层的碳钢金属熔入复层中，从而使焊缝金属的耐腐蚀性能降低，采用热源集中、温度高、热影响区窄的氩弧焊。在焊缝中靠近基层处用镍含量较高的焊丝焊接过渡层，这样有利于减少过渡层的熔合比，以保证复层耐蚀性。在焊接过渡层时宜选用较小的焊接线能量，以防止基层金属过多熔入过渡层中。（3） 、焊接复层时为避免伤及过渡层，防止过渡层金属熔入复层，应采用线能量小的氩弧焊，严格控制层间温度。（4） 、焊接操作过程中，应注意保持焊枪、焊丝和焊件待焊部位三者的空间位置。焊丝与焊件之间的夹角一般为10°-20°，焊枪略向前倾斜与工件夹角为70°-80°，使氩气更多地保护熔池前受热的区域，焊炬移动要均匀，采

用直线运动，不做横向运动。、当开“V”型坡口时，根据工作需要开正、反“V”型坡口。正“V”型坡口应由基层开始焊接，反坡口一般是焊接底板时采用。(焊接顺序见图2)正v型坡口1正v型坡口1、打底(SMAW)2、填充(SMAW)3、盖面(SMAW) 4、过渡层焊接(GTAW)5复合层盖面(GTAW)反V型坡口1、打底(SMAW)2、填充(SMAW)3、盖面(SMAW) 4、过渡层焊接(GTAW)5、6、复合层盖面(GTAW)图二)图2镍复合板焊接顺序图(6)、基层焊接完毕后，清理根部焊渣，用砂轮机打磨干净，再焊接过渡层和复合层。罐底采用带垫板的对接接头，对接焊缝应完全焊透，表面平整，垫板应与其对接的两块底板贴实，其间隙不得大于1mm,罐底对接接头间隙应为2±2mm。7)、要确保焊缝熔合良好，选择相匹配的焊接工艺参数至关重要。详见下表2：表2焊接工艺参数表道层焊焊接法焊方料材充填度n)0号牌径ml)宜血电流(A)底打22203--422-4205--4面盖22-4205--4过渡层焊接O05-82--420-O复灌5-205-85--420-O4、坡口加工及检查、坡口型式及尺寸应按设计规定选用，当设计无规定时，原则上应选用确保焊接质量、填充金属量少、熔合比小、便于操作的坡口型式。、镍/钢复合板的切割及坡口加工宜采用机械加工，切割面应光滑。如采用等离子切割，切割后，应用机械方法去除端面及热影响区的缺陷或裂纹，严禁将切割的熔渣落在复层上，采用等离子切割时，复层应朝上。、加工完的坡口应进行外观及着色检查，不得有裂纹和分层，否则应进行修补。5、组对与定位焊接、坡口及两侧各20mm之内外表面应分别用不锈钢丝刷和钢丝轮清理表面杂物、油污等。、组对时应以复合层为基准，以防错边量过大影响焊接质量，错边量应控制在土1mm以内，且长度不得超过该焊缝长度的5/100mm。、在装配过程中，严禁在复层表面引弧和焊接工卡具，如确实需要，应在基层钢板一侧，并采用与基层钢相同材料的卡具，选用相同牌号的焊条。拆除辅助板时，应防止损伤基层金属，焊接修补处应打磨光滑。（4）、设备上安设人孔和接管时，应选用相应牌号的焊材进行施焊，使接管的端面及焊缝有4mm的堆焊层。6、焊接施工环境条件（1）、焊接前应根据焊接工艺评定编制焊接工艺指导书及技术措施。（2）、焊接环境应符合以下要求：a、 环境温度不低于0°C。b、 焊条电弧焊时，风速应小于5m/s；钨极氩弧焊时，风速应小于2m/s。c、 相对湿度应小于80%。d、 焊接场所应有防风、雨、雪措施。e、 焊接设备应处于完好状态，焊工使用的小型工机具、劳保防护服应配备齐全。五、质量标准及质量控制措施（一） 、质量措施1、 焊缝表面应成形美观，不允许存在表面裂纹、未熔合、过烧、飞溅性熔渣及表面气孔等缺陷。焊缝加强度、咬边、错边量应控制在设计规定所允许的范围内。2、 射线探伤在外观质量合格后进行，并符合JB4730-94的规定。3、 底片评定按JB4730-94标准进行评定。4、 产品试板应进行拉伸、冷弯试验，抗拉强度应三470Mpa，冷弯角度为180°。（二） 、技术措施1、严格按《锅炉压力容器、压力管道焊工考试与管理规则》的有关规定

进行焊工培训与考试，考试合格并熟练掌握镍/钢复合板焊接技能的焊工方能上uu岗。2、焊前技术员应按工艺指导书的要求对焊工进行技术交底。3、严格按照焊接施工的各项技术要求进行施工。4、焊工施焊前应对焊件、焊丝表面进行清理，保证焊口组对质量。5、及时反馈焊缝质量检验评定结果，技术员应针对焊缝中所出现的缺陷认真查找原因，提出预防措施。6、焊机性能应能满足施工工艺要求。（三）、管理措施1、各工序工作分工明确，落实到人。2、合理安排施工进度和焊接工作量，严格控制焊接质量，协调好焊缝检验与施工进度之间的关系。3、焊工应对焊机定期进行保养，确保焊机处于完好状态。4、严格控制环境温度条件，当环境条件不能满足焊接环境要求时，应采取一定的防范措施。（四）、质量控制流程见图3质量保证体系―►焊接工艺评定Y质量保证体系―►焊接工艺评定Y—焊工培训、焊工资格审查▼材料验收、组装工1—焊接工艺参数及 自检与专检艺控制■施焊环境控制图3质量控制流图六、劳动力组织及安全措施一）、劳动力组织见下表3序号工种人数（人）备 注1焊工6其中1人组对点焊2铆工6其中1人下料3起重工24技术员1负责焊接工程技术5质量检查员1根据技术规范和设计要求对现场焊接工作全面检杳监督6安全员1对现场安全、文明施工进行监督7材料员18电工1合计19二）、安全措施1、焊接施工现场必须具备防风、雨、雪等设施。2、焊工上岗施焊应穿戴劳动保护用品，防止紫外线灼伤、烫伤和触电事故发生。3、焊机外壳要接地良好,要设立单独开关,拉合闸刀时要戴好绝缘手套，脸部侧向操作。4、施焊现场不得有易燃、易爆物品。5、每次施焊工作结束后，应切断焊机电源，并检查操作地点，确认无火灾隐患后方可离开现场。七、主要工机具、材料见下表4序号名称规格型号数量备 注1逆变电焊机ZX7-400STG6台带有咼频引弧，气体延时保护和电流衰减装置2空气等离子切割机LGK-1001台3空气压缩机3m3/min,0.8Mpa1台4角向磨光机屮125(P型)4台砂轮片用ai2o3型磨料制成5角向磨光机屮100(P型)4台6不锈钢钢丝刷20把7镍焊丝N48K4H25炮8氩气纯度$99.99%30瓶9卷板机16*20001套八、效益分析本工法应用于山东省齐鲁20万吨/年离子膜烧碱装置二次盐水及电解工序V-2200碱液中间槽(巾6600X10000)的制作，经经营部门和财务部门