小苏打工序不锈钢设备漏点补焊方法

周同利,周奥伟,李福令,武洪喜

(1.青岛碱业发展有限公司,山东 青岛 266043;2.济南二机床集团有限公司,山东 济南 250117)

青岛碱业发展有限公司主要产品有小苏打,小苏打生产采用了公司自主研发的技术,可以生产高品质的低盐、大颗粒产品小苏打,在国内外主要占领高端市场,产品具有很高的知名度。

1 不锈钢焊缝泄漏问题

小苏打厂生产过程使用不锈钢设备较多,不锈钢管线也非常多,对于某些设备或者管线存在泄漏问题,常规的处理方法是在出现漏点的地方补焊一道焊缝,盖住漏点位置即可。

但是,在小苏打生产设备和管线中,这种补焊方式很难见效,在某些位置出现泄漏点后,在泄漏点位置补焊一道焊缝,盖住漏点位置,过了一段时间,补焊后的新焊缝位置又慢慢出现渗漏,随后逐渐扩大,又发展成新漏点了,在某些位置常规的补焊方式失效了。焊工师傅的描述为小苏打不锈钢焊“炸”了,即焊接后焊剂与母材不“聚”。

小苏打NaHCO3弱碱性物质与不锈钢304中的金属元素发生了反应,在长期使用过程中,导致不锈钢304金属材料内部出现微孔或者细微裂纹,再次焊接时,焊剂与母材融合性能不好,再加上焊接热量高温的影响作用,加剧了微孔或者细微裂纹的扩大,导致再次焊接后仍然渗漏,这就是焊接失败的主要原因。

2 改进分析

2.1 不锈钢材料分析

小苏打不锈钢设备或者管线绝大多数采用了304不锈钢,304为美国牌号,对应中国牌号为0Cr18Ni9不锈钢。304不锈钢是一种通用型的不锈钢,广泛地用于制作良好综合性能(耐腐蚀和成形性)的设备和零部件。

316不锈钢(0Cr17Ni12Mo2)具有耐腐蚀、耐高温、加工硬化性好的特点,常用于化工设备、船用配件、食品加工机械设备、焊管、医疗器械等,主要用在防腐蚀要求较高的环境。但是,316不锈钢每吨价格30 000元,价格昂贵,304不锈钢每吨价格22 000元。性价比符合情况下,316材料也可以采用。

原来设备管线采用不锈钢304材质,且设备和管线已安装完毕,已经开始了小苏打生产工艺过程,全部更换成本费用投资巨大,也不符合实际应用过程,只能以后分阶段对部分管道逐步采用更高性能的316材料。

2.2 焊接工艺分析

焊机:化工生产现场只能采用普通手工电弧焊机或氩弧焊机,其它先进焊接技术在化工生产现场无法或者很难采用,焊机改进可能性不大。

焊条:A302焊条适用普通电弧焊机。采用普通常用的奥氏体302焊条,A302是钛钙型药皮的Cr23Ni13不锈钢焊条,A302熔覆金属具有良好的抗裂性能及抗氧化性能,可交直流两用,具有良好的操作工艺性能。不锈钢304焊条适用于氩弧焊机。两种焊接的焊条改进可能性不大。

3 补焊工艺改进

小苏打不锈钢设备或者管线漏点是因为金属材料内部出现微孔或者细微裂纹,补焊时容易出现裂纹扩大等问题,当焊缝强度较高而母材强度较低时,容易产生剥离,尤其对于大面积的裂纹补焊是不容易获得成功的,因此在制定补焊工艺时,尽量减小熔合比,调整热影响区,松驰焊接应力,才能使的裂纹补焊获得成功。

为此,专门针对小苏打工序不锈钢件的特点,制定专门焊接工艺,试验焊接效果基本满足要求,下面详细介绍焊接工艺。

1)焊前预热:用气焊火焰加热烘烤,焊前将接口周围预热,以缩小焊缝与不锈钢件的温差,减慢冷却速度,防止热影响区产生淬硬组织,起到防止裂纹的加剧扩大作用。

2)采用多层多道焊:多层焊时,与母材相连接的第一层焊缝质量十分关键,一定要细心施焊,主要原因也是为了分散热量,关键是在焊口两侧与母材交界的那一层焊道上,要严格控制电流,运条要快,必须使焊缝与母材熔合良好。

第一道焊缝,采用氩弧焊焊接,不仅仅保证焊接效果,还防止焊渣掉入设备和管道内侧,难以清除出来,进入生产系统,造成产品有黑渣等异物。

中间的焊道,其焊缝金属的塑性会较好,可以采用手工电弧焊,当然也可以继续使用氩弧焊,采取合理的焊接顺序,还能有效地防止焊缝剥离。

3)锤击焊缝:合理锤击焊缝,是减少焊接应力的有效措施,锤击焊缝使焊缝金属延展,松弛焊接应力。

4)每层焊后清熔渣:应注意层间和道间清理,将焊缝表面熔渣、有害氧化物、油脂、锈迹等清除干净后再继续施焊,可以防止焊渣掉入设备和管道内侧,造成产品有黑渣。

对接焊缝低于母材时必须再补焊。

5)焊接保温:焊后立即在焊接区周围保温,用岩棉板等复盖保温使之缓慢冷却,焊接后缓冷措施,能使工件与焊缝的温差缩小,减慢冷却速度,有效地防止裂纹的产生。

6)检验:焊接接头进行外观检查,焊接表面不得有裂纹和夹渣,符合标准和有关规定。

4 不锈钢材料补焊实例

4.1 热碱液罐底板焊接

选择热碱液罐为代表的不锈钢设备进行阐述,拆卸下来热碱液罐底板的存在裂纹和微孔,在部分钢板表面上清晰可见。

焊接方法:切割用等离子,加高压空气,等离子切割钢板1 m×1 m,焊接采用氩弧焊,用氩气保护焊接,氩弧焊焊条型号选用不锈钢304焊条,焊接电流120～180 A,直接,对角烧焊。

焊接后,设备使用正常,满足小苏打生产工艺对设备的要求。

4.2 碳化塔塔体漏点焊接

碳化塔是小苏打生产的主要反应设备,由碳酸钠Na2CO3和二氧化碳CO2反应生成碳酸氢钠NaHCO3,塔体位置出现漏点。

焊接方法:在塔体外侧补焊一圈加强不锈钢圈,把漏点位置彻底盖住,全过程采用氩弧焊焊接,氩弧焊焊条型号选用不锈钢304焊条,此法简单易行,保证焊接效果明显。

4.3 管道焊接实例

小苏打生产的管道非常多,包括弯头、三通及四通等连接点,在拐角位置因流体冲刷,更易造成漏点,是整个管道系统的最薄弱点,更需要关注,管道出现漏点的比例非常大,约占80%以上,焊接工作量非常大。

焊接方法:采用氩弧焊打底第一道焊缝焊接,焊条型号选用不锈钢304焊条,第二道焊缝开始,再采用手工电弧焊机,焊条选择A302不锈钢焊条。

第一道焊缝,采用氩弧焊焊接,不仅仅保证是焊接效果,还因为不锈钢焊条没有外层药皮,减少了药皮焊渣掉入管道内侧。

实用技巧1:因旧管道焊接性能差,易造成焊接后再漏,采取直接更换部分材料管子的方法,非常简单,却效果非常明显。

在泄漏点位置处,更换一段新短节管道,长度约300 mm,新短节管道替换了漏点管道,所以焊接效果良好。

4.4 温度测控点焊接

碳化塔温度测控点等监测点,此位置由直径大的管道和直径小的管道交叉点,此处位置因流体冲刷,也易造成漏点,也是管道系统的一个最薄弱点。

焊接方法:采用氩弧焊打底第一道焊缝焊接,焊条型号选用不锈钢304焊条,第二道焊缝开始,再采用手工电弧焊机,焊条选择A302不锈钢焊条。

实用技巧2:因旧管道焊接性能差,易造成焊接后再漏,在条件允许的有些位置采取了漏点处覆盖一块不锈钢板,把该不锈钢板焊接在设备上,再在该不锈钢板上焊接温度测控接管底座,这个方法简单,效果明显。

按照上述方法焊接后,小苏打设备或者管线使用正常,绝大多数满足小苏打生产工艺对设备或者管线的要求。

5 结 语

采用以上工艺补焊后,经焊缝质量检查,成形良好,没有发现裂纹及渗漏现象,达到了质量要求,满足设备使用要求。

通过补焊,证明选定的工艺方案是可行的,采用正确的焊接工艺规程,合理锤击焊缝,调整焊接热的输入,可避免因热应力诱发裂纹的产生,正确的焊前预热和焊接后缓冷措施,可避免接头产生淬硬组织,并有效防止裂纹的产生。