锆材Zr焊接施工工艺附图

锆材（Zr702）焊接摘要：江苏XXX（集团）60万吨/年醋酸三期期工程由于工工艺介质腐蚀蚀性较强，在在生产中使用了了较多的耐腐腐蚀性较强的的锆材，且锆材材管道的规格格有21种，壁厚等等级有SCH100S,SCHH40S,SSCH80SS三个等级，焊焊接条件各不不相同，所以以锆材的焊接情况将直直接关系到装装置的稳定生生产。本文将将主要介绍锆锆材的特性，锆锆材的焊接及及锆材焊接过过程中的技术术进步。关键词：锆材，焊焊接，技术进进步1引言1.1锆材介绍绍锆是化学元素素周期表第Ⅳ-B族元素，锆锆及锆合金是是一种银色稀稀有金属，它它具有熔点高高（1850℃），密度适适中（6.5g//cm3），良好的的强度及塑性性匹配。锆与与钛一样在诸诸多酸碱介质质中表现出优优良的耐蚀性性能，因此锆锆和锆合金也也是一种优秀秀的化工耐蚀蚀结构材料。锆和高合金的加加工材共有5种牌号，它它们中的每一一种都具有优优良的耐蚀性性能，这几种种牌号材料的的物理和力学学性能仅有略略微的差别，在在化工中广泛泛应用的主要要是Zr702和Zr705两种，其中Zr702是工业纯锆锆，它是95.5--99.2%%的锆和铪组组成，其中铪铪的最大含量量为4.5%，Zr705是含有2.5%铌的锆合金金。江苏XX（集团）60万吨/年醋酸三期期工程使用的的是牌号为Zr702的工业纯锆锆。1.2锆材在醋醋酸生产过程程中的应用甲醇羰基化醋酸酸工艺技术是是当今国际上上先进的醋酸酸生产技术，该该技术在国内内开发的较迟迟，但由于其其原料来源于于煤，符合我我国煤多油少少的资源优势势，且成本较较其它工艺方方法低，目前前已成为国内内醋酸生产的的方向。由于于工艺介质腐腐蚀性较强，在在装置中使用用了较多的锆锆和哈氏合金金材料，这些些耐蚀材料的的腐蚀情况将将直接关系到到装置的稳定定生产和国内内醋酸工业的的发展。锆在醋酸生产中中的主要用于于生产化工设设备包括换热热器、冷凝器器、汽提塔、反反应容器、泵泵、阀门及管管道。锆的耐耐腐蚀特性能能够大大延长长设备及管道道的使用寿命命，进而降低低维修费用，并并且将生产停停产时间最短短化。江苏XX（集团团）有限公司司是国内最先先开发使用该该醋酸工艺的的公司，其装装置自1998年运行以来来，至今已有有12个年头,效果较好。在在江苏XX（集团）有有限公司醋酸酸三期装置中中使用的锆材材管道口径从从1寸至38寸共有21种，壁厚等等级有SCH100S,SCHH40S,SSCH80SS三个等级，该该装置中所用用的锆材在使使用中出现的的问题具有一一定的代表性性，可以总体体代表锆材在国国内醋酸工业业中的使用情情况。1.3锆材的焊焊接特性1、锆的熔点高高于钛，密度度比钛大，而而比热比钛小小，因此焊接接时热输入比比钛略大。2、锆的热导率率比钛略大，但但比铁小的多多，与奥氏体体不锈钢接近近，属导热性性较差的材料料。在高温下下，锆易与002，N2，H2反应，与氢氢气在2000℃可生成ZrHH2，在大约3ll5℃的氢气中，锆锆会吸收H而导致氢脆脆，与氧气在在300℃可生成ZrO3，在大约5550℃以上，与空空气中的氧气气反应生成脆脆性氧化膜，在在700℃以上，锆吸吸收氧气而使使材料严重脆脆化；在6000℃锆吸收氮气气而生成ZrrN，为避免免焊接区域长长时间高温停停留造成的不不利影响，应应采用小的焊焊接参数。3、锆的膨胀系系数比钛小，比比其它材料更更低得多，焊焊接时变形小小，应力会降降低，利于焊焊接。4、锆的焊接时时产生裂纹的的倾向很小，可可以采用多种种焊接方法，其其中氩弧焊是是比较经济的的方法，关键键是保护。2、锆材焊接要要求2.1焊工和焊焊接工艺评定定:1、焊工应经过过专门培训,只有经过评评定合格的焊焊工才能在合合格的项目范范围内进行焊焊接操作，焊焊接作业遵照照焊接工艺卡卡（附页）进进行。2、焊接工艺应应按照中焊接接工艺指导书书及焊接工艺艺评定报告（附附页）进行指指导和评定。2.2焊接方法法及填充金属属锆材的焊接采用用钨极氩弧焊焊，锆材管子子和管件焊接接用焊丝按ANSI//AWSAA5.24中规定的ERZr2，薄壁（壁壁厚小于6.02毫米）管道道采用焊丝直直径为φ=2.4mmm，厚壁（壁壁厚大于等于于6.02毫米）管道道采用焊丝直直径为φ=3.2mmm。2.3焊接保护护气体及电极极选择1、焊接用保护护气体为纯氩氩，锆材焊接接时用氩气纯纯度应达到99.9999%。当瓶装氩氩气压力低于于0.9788Mpa时,应停止使用用。2、电极可选用用铈钨棒或钍钍钨棒，用前前应磨成平底底锥形。2.4焊接环境境要求1、焊接场所应应保持清洁、干干燥。2、当环境温度度低于5℃时，应采取取必要的措施施，使环境温温度超过5℃时才能进行行施焊。3、焊接场所严严禁有黑色金金属焊接、切切割、打磨等等加工。4、现场焊接时时，应有防风风、防雨雪措措施，当风速速大于0.5m//S或相对湿度度大于90%时,禁止施焊。2.5焊接工艺艺要求1、钨极氩弧焊焊电源采用直直流正接。2、焊接应尽可可能地在平焊焊位置进行，如如需立焊时，应应从下向上进进行焊接。3、当母材温度度低于15℃时，应对母母材进行预热热，预热温度度为18℃以上。焊接接层间温度应应控制在100℃以下。4、钨极氩弧焊焊采用高频引引弧和衰减电电流熄弧措施施。注意起弧弧和收弧处质质量,收弧时应将将弧坑填满.多层焊的层层间接头应错错开。3、锆材焊接准准备3.1焊接坡口口准备1、坡口应采用用机械加工的的方法完成，当当无法采用机机械加工时可可使用锉刀手手工打磨。2、当采用热切切割方法预先先加工时，随随后必须用机机械方法、人人工锉刀打磨磨除去坡口边边缘的污染层层，使得坡口口表面平整光光滑，无毛刺刺、凹坑、砂砂粒、污染层层等缺陷。热热切割时应防防止火花飞溅溅到附近的母母材表面上。同同时应跟据现现场条件尽量量减少对锆材材管道的热作作业。3、加工坡口所所用的工具应应保持干净且且专门用于锆锆材施工。图示为机械切割割锆材管道图示为机械加工工锆材管道坡坡口图示为手工打磨磨锆材管件坡坡口图示为手工打磨磨锆材管件坡坡口3.2焊件、焊焊材清理1、坡口两侧各各25mm以内的内外外表面均应用用不锈钢丝刷刷或者锉刀除除去氧化膜。2、坡口表面及及两侧各至少少75mm内外表面上上均应用合适适的溶剂(无水酒精、工工业纯丙酮）清清除油脂、水水分、灰尘等等杂物。用溶溶剂时应使用用干净的丝绸绸布，不得使使用毛巾、棉棉纱等。3、清理好的焊焊件应立即焊焊接或对待焊焊区域采取防防尘措施。焊焊件置放时间间不宜超过8小时，否则则应再次清理理。锆焊件临临焊之前用溶溶剂对坡口再再清洗一遍。4、填充焊丝用用前必须用溶溶剂清除其表表面上油脂、残残留润滑剂和和灰尘等污物物，并置于干干净的场所保保存。3.3焊口组对对与定位焊焊焊缝①管子、管件组组对按GB502235-977标准中第6.2和6.3条进行,不允许强力力组装，严禁禁锤击或划伤伤材料表面，不不允许用熔衬衬垫环。②管子、管件对对点固焊的工工艺措施及焊焊接材料应与与正式焊接一一致，点焊高高度不得超过过管壁厚的2/3。定位焊的的焊肉不得有有裂纹、气孔孔及不允许存存在的氧化变变色等缺陷，否否则应打磨消消除。4、锆材焊接1、为防止受空空气污染，焊焊接时必须采采用有效的气气体保护措施施，直至金属属温度小于300℃为止。2、保护装置结结构和尺寸应应根据接头形形式和尺寸确确定，用导热热性能交好的的材料制成，形形状宜与焊件件边缘相似，能能够贴近焊件件表面。3、应用独立的的气路提供各各区域的保护护气体，保护护气应保持均均匀、非紊流流并不相互干干扰。气路中中应没有残留留水分和任何何泄漏，氩气气输送管道宜宜采用塑料软软管，不允许许采用橡胶管管或其它吸潮潮材料的管子子。4、引弧前，喷喷嘴及正反面面保护装置应应提前供气，并并足以排除气气路及保护装装置内空气和和吸附的潮气气。背面提前前通气量推荐荐为10倍所需排除除的空气体积积。熄弧后，喷喷嘴及正反保保护装置应继继续通气，直直到焊区金属属冷却到300℃以下为止。5、焊接过程中中，焊丝加热热端应始终保保持在氩气保保护区内，如如接触空气则则应切除焊丝丝端至少25mm。6、手工焊时应应保持焊丝均均速送进，避避免焊枪横向向摆动。7、当焊道表面面出现变色时时，应立即停停止焊接，查查明原因，采采取措施，并并经检验合格格后方可进行行焊接。轻微微的表面变色色应用不锈钢钢丝刷清除，对对污染严重的的焊缝必须铲铲除干净，并并进行必要的的修复，方可可进行下一步步的焊接工作作。8、焊接过程中中，应保持焊焊接用具、人人员衣着干净净。9、焊接过程中中，若钨极碰碰撞熔池或焊焊丝则应停止止焊接，铲除除污染的焊肉肉,磨修或更换换电极。5、焊后检查焊接锆材时,检检验员应检查查每层焊道表表面颜色。焊焊道表面应是是银白色，完完工的焊缝内内外表面允许许有淡黄色或或金黄色存在在，但必须用用不锈钢丝刷刷去除掉。如如果出现更深深的表面变色色，则认为所所采取的保护护措施或工艺艺不当，应采采用合适的方方法除去受污污染的焊肉和和临近的母材材金属，并进进行必要的修修复。1、焊后必须进进行外观检查查。焊缝外形形尺寸和表面面质量应符合合GB502236-988第11条的要求，不不低于Ⅰ级标准。2、焊后对焊缝缝正反两表面面必须进行100%液体渗透探探伤检查；如如果背面不能能接近则打底底焊道焊接时时必须采取措措施，使背面面焊透。液体体渗透探伤方方法和标准按按JB/T44730-22005。3、对焊焊缝焊焊后应进行100%X射线检查，射线探伤方方法和标准按按JB/T44730-22005执行，焊缝缝质量不低于于Ⅱ级。6、锆材焊接工工艺改进锆材管道焊接过过程中，保证证焊接质量的的重要因素在在于充分的氩氩气保护和及及时的散热，通通过对江苏XX（集团）有有限公司二期期醋酸工程的的施工，为我我们对锆材的的焊接积累了了丰富的经验验，此次对江江苏XX（集团）有有限公司醋酸酸三期工程锆锆材管道的施施工，我们充充分利用了先先前积累的经经验，并在此此基础上对锆锆材管道的焊焊接工艺进行行了改进,主要表现在在以下几个方方面：6.1改进管道道焊接气体保保护罩在江苏XX（集集团）有限公公司二期醋酸酸工程锆材管管道施工经验验的基础上，我我们的施工人人员凝结自己己的智慧对管管道焊接气体体保护罩进行行了改进，改改进后的保护护罩安装简便便，大大提高高了工作效率率，减少了氩氩气的使用，同同时保证了焊焊接操作的灵灵活性及焊接接质量。醋酸二期锆材焊焊接的气体保保护罩主要有有两种形式：：一、两寸以以下的焊口采采用全罩保护护。二、两寸寸以上的焊口口采用托罩保保护。托罩可可以固定在焊焊枪上，也可可以专人配合合跟随焊枪移移动，但此种种方法易造成成托罩走偏、后后翘或因配合合不好使枪罩罩脱节。不但但影响焊缝保保护效果造成成焊接质量下下降，而且浪浪费得氩气也也较多。醋酸三期的施工工中，我们总总结了二期的的经验和不足足，在保护罩罩上开发思路路，并对其进进行了改进。一一、6寸以下的焊焊口均采用全全罩保护。二二、6寸以上的保保护罩是在原原有托罩型式式上面剖开一一个长条孔，开开孔尺寸以不不影响焊枪在在罩内操作为为准而尽量窄窄，以便将焊焊接过程中的的氩气泄露减减至最小。保保护罩内部直直径8mm的导气铜管管由原来的单单管改成U型管，并在在上面每隔1厘米钻上一一个2毫米的孔洞洞以利于罩内内充气均匀。焊焊接时把保护护罩用高温胶胶带固定在焊焊缝上，罩上上面的开口处处用两条高温温胶带密封，两两条高温胶带带随着焊枪的的移动一个打打开、一个封封闭。使焊接接熔池和焊缝缝高温区完全全受到氩气的的保护。罩外外区域涂抹无无水酒精配合合降温。这样样不但大大减减少了氩气的的浪费，而且且提高了焊缝缝的焊接质量量，同时操作作起来也更加加方便，焊接接速度也大大大提高。醋酸二期锆材管管道达因数约约为3896个，管道壁壁厚在2.77mmm至4.78mmm之间，氩气气用量大约为为4998立方米，每每个达因平均均用气量大约约为1.28立方米。醋醋酸三期锆材材管道的达因因数达到了9824个之多，管管道壁厚在2.77mmm至4.78mmm之间的达因因数量有4575个，每个达达因平均用气气量大约为1.07立方米，管管道壁厚在4.78mmm至12.7mmm之间的达因因数量有5249个，每个达达因平均用气气量大约为2.14立方米，相相较之下醋酸酸三期每个达达因要比醋酸酸二期节省氩氩气用量如下下：0.21立方米（壁壁厚在2.77mmm至4.78mmm之间）；0.4立方米（壁壁厚在4.78mmm至12.7mmm之间）。因因此工程完毕毕将减少氩气气用量约为3060..35立方米。图示为醋酸二期期锆材焊接气气体保护罩（2寸以上）图示为醋酸三期期锆材焊接气气体保护罩（6寸以下）图示为醋酸三期期锆材焊接气气体保护罩（6寸以上）图示为醋酸三期期12寸锆材管道道焊接图示为醋酸三期期12寸锆材管道道焊接6.2椭圆管道道修正器江苏XX（集团团）有限公司司三期醋酸工工程到货10寸以上锆材材管道均为焊焊接管道，由由于交货时间间仓促，部分分管道端口呈呈椭圆状，严严重影响了管管道的焊接质质量，考虑到到紧张的工期期，不可能再再将管道退回回原厂返修，为为了不影响工工期，我们的的工人自己加加工制作出了了管道修正器器，操作简单单，实用，效效率高。图示为管道修正正器图示为管道修正正器6.3方便快捷捷的焊口冷却却锆材的性质活泼泼在300℃以上就能与与空气中的氧氧气和氮气发发生反应，因因此锆材管道道的焊接重点点就是保护和和降温，方便便快捷的降温温是焊接质量量的一个保证证，同时也要要节省开支减减少降温用的的酒精的浪费费，这时我们们的施工人员员就想到了市市面上卖的浇浇花用的白色色的小喷壶，装装上酒精，加加上压，冷却却管道焊口方方便快捷。图示为锆材管道道焊缝冷却（无无水酒精）图示为锆材管道道焊缝冷却（无无水酒精）7、结束语江苏XX（集团团）有限公司司三期醋酸工工程中的锆材材管道的施工工，为我们管管理人员及施施工人员提供供了一个锻炼炼的平台，通通过对江苏XX（集团）有有限公司三期期醋酸工程锆锆材管道的施施工，我们在在管道组对、焊焊接、安装上上的总体质量量将提升到一一个新的水平平，这将是我我们管道施工工上的又一个个飞跃。焊接工艺卡工程名称60万吨/年醋醋酸三期工程程技术改造项项目醋酸主装装置管线(设设备)号管线工艺评定编号G10母材材质R60702((锆）母材规格δ≤6.4mmm工艺卡编号CS-09技术说明：1..焊前应将焊焊丝和焊件坡坡口内外两侧侧40mm范围内的水水、铁锈、油油污、积渣和和其它有害杂杂质用工业丙丙酮和丝绸