本文對ND鋼耐侯耐酸鋼板的鋼材成分、力學性能、使用條件、耐腐蝕原理進行了分析,并基于分析結果提出了ND鋼耐侯耐酸鋼板鋼煙囪制作的焊接工藝方法。該焊接工藝方法對于ND耐酸鋼板鋼煙囪制作焊接工藝具有一定現(xiàn)實指導意義和應用價值。
工程概況
菲律賓項目2×135機組工程中,全部采用鋼煙囪,高70米。鋼煙囪鋼板內筒除頂部7米采用不銹鋼外,其余全部采用ND耐酸鋼板(09CrCuSb),板厚材質為5mm,焊接橫焊縫一級焊縫要求,縱橫縫為二級焊縫要求。煙囪內筒縱橫焊縫錯距大樣如圖所示:
由于該鋼種在菲律賓項目屬于首次應用,根據(jù)《DL/T868-2004火力發(fā)電廠焊接工藝評定規(guī)程》要求,要先焊接工藝評定,然后才能進行現(xiàn)場施焊。
ND耐酸鋼板(09CrCuSb)的鋼材成分、力學性能
耐硫酸露點腐蝕用09CrCuSb鋼的在中溫中濃度硫酸(如70℃、50%H2SO2溶液)中發(fā)生鈍化,在表面形成1層富含Cu、Cr、Sb等合金元素的薄膜,故具有較高的耐硫酸腐蝕能力。該鋼含碳量較低,Cr、Cu和Sb等合金元素補償了由于碳含量較低可能引起的強度損失。09CrCuSb的化學成分(%)及機械性能參數(shù)如下表一所示:
材質 | C | Si | Mn | S | P | Cr | Cu | Sb | δb(MPa) | δs(MPa) |
09CrCuSb | ≤0.12 | 0.20~ 0.40 |
0.35~ 0.65 |
≤0.035 | ≤0.035 | 0.7~ 1.1 |
0.25~ 0.45 |
0.04~ 0.10 |
0390~ 550 |
≥245 |
其碳當量計算如下:
Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14
=0.12+0.65/6+0.4/24+1.1/5=0.465(%)
由計算結果可知,09CrCuSb的含碳量中等,淬硬傾向較小,焊前無須預熱,是一種低焊接裂紋敏感性鋼材,具有良好的焊接性能。
ND鋼耐侯耐酸鋼板(09CrCuSb)的焊接工藝評定
2.1 焊接工藝方法以及焊接材料的選用
焊接方法選用手工電弧焊,焊接材料選用具有同種成分的NDS低氫鈉型藥皮的低合金鋼堿性焊條,規(guī)格型號為φ2.5。焊接需選用,焊前進行烘干,溫度380℃,時間約2h。這種焊條電弧燃燒穩(wěn)定,藥皮可均勻熔化,飛濺小、成型美觀,脫渣易清楚,且焊縫具有優(yōu)異的抗硫酸露點腐蝕性能。為保證焊縫全融透及焊接頭性能,便于背清根和減少變形,選用單邊V型坡口,根據(jù)現(xiàn)場施焊位置進行了平焊和垂直俯位的手工電弧焊工藝試驗,采用對接一種坡口型式,試板材質09CrCuSb。
2.2 焊前準備及坡口形式
為確保焊縫質量,焊件坡口尺寸及型式應符合圖樣和工藝規(guī)定,施焊前須將坡口兩側各50mm范圍內的油漆、污物及毛刺等清理干凈。在保溫筒中按規(guī)范要求烘干焊條。
2.3 焊接工藝參數(shù)
表二:焊接工藝參數(shù)
焊道層次 | 所用焊條 | 焊接方法 | 焊條直徑(mm) | 焊接電流(A) | 焊接電壓(V) | 焊接速度cm/min |
1 | 09CrCuSb | SMAW | φ2.5 | 100-120 | 20-22 | 8-15 |
2 | 09CrCuSb | SMAW | φ2.5 | 110-130 | 21-23 | 13-21 |
2.4 焊接工藝過程控制
焊接過程中要做到如下要求:
a.按工藝規(guī)范嚴格控制線能量,避免降低焊接接頭的力學性能。
b.定位焊長度與寬度應與材料厚度及焊接位置適宜,焊前將定位焊部位兩端磨平。為避免根部焊道與定位焊的連接處出現(xiàn)裂紋,焊至定位焊部位之前用砂輪機將定位焊縫全部磨掉,防止產(chǎn)生未焊透缺陷。
c.引弧必須在坡口內進行,因為電弧傷及母材表面時會降低該出耐蝕性。焊縫的起點可能會有氣孔出現(xiàn),在焊縫末端可能會有縮孔裂紋,這是焊弧突然熄滅發(fā)生收縮引起的。解決辦法是磨掉所有的起弧點和收弧點。
2.5焊接完畢后的檢查
在稀硫酸腐蝕條件下,焊接接頭帶有裂紋或未焊透等缺陷時,5mm厚的09CrCuSb鋼在1-2個月內就會腐蝕穿透,因此特別注意焊后必須按技術要求對焊縫進行全面檢查。檢查按照如下要求:
a.焊縫表面不得有裂紋、氣孔、弧坑和夾渣等缺陷,不得保留熔渣和飛濺物。焊接表面不允許咬邊,焊縫與母材呈圓滑過渡。
b.為保證該鋼的耐硫酸露點腐蝕性能,不僅要求其具有合格的化學成分,還要保證焊接接頭無裂縫、咬邊等缺陷,焊接接頭必須進行100%探傷檢查,符合JB 4730-94Ⅱ級為合格。
2.6 焊接完畢后檢驗結果
表三:試件檢驗結果
X射線探傷 | 彎曲試驗 | 拉伸試驗(Mpa) | 宏觀實驗金相 | |||
共拍片 | 結果 | 面彎 | 背彎 | 試件1 | 試件2 | 試件1、2 |
2張 | Ⅱ級以上 | 合格 | 合格 | 425, 斷母材 |
405, 斷母材 |
合格 |
根據(jù)實驗結果可以看出,所擬定的焊接工藝滿足焊縫接頭的使用要求,所評定的焊接工藝完全可以應用到現(xiàn)場的施工中。
ND耐酸鋼板鋼煙囪內筒產(chǎn)品焊接工藝重點總結
ND耐酸鋼煙囪內筒橫焊縫為一級焊縫,要求100%的超聲波探傷;縱焊縫為二級焊縫,要求20%的超聲波探傷。焊縫要求較高。為保證焊接質量應該做到以下要求:
a. ND耐酸鋼板焊接性較好,使用手工電弧焊的焊接方法能夠獲得符合要求的焊接焊縫;
b. 焊接過程中必須嚴格按照本文中所述要求,清理定位焊焊點、起弧點和滅弧點焊點;
c. 焊接過程中嚴格遵守本文所示的焊接工藝要求,控制焊接能量輸入;
d. 焊接完畢后,認真進行焊后檢查,防止各種表面焊接缺陷(比如裂紋、氣孔、弧坑、夾渣、飛濺物等表面缺陷產(chǎn)生,以防影響鋼板的耐腐蝕性能。發(fā)現(xiàn)表面缺陷要認真處理,以延長設備的使用壽命。
e. 要制定完整的焊接工藝作業(yè)指導書,并嚴格執(zhí)行,才能保證最終的的焊接質量。