專利名稱：百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝備制造業(yè)中的焊接技術(shù)，是MCL型水平剖分離心壓縮機(jī)焊接機(jī)殼的 焊接專業(yè)技術(shù)，具體地說，是16Mn鍛件、Q345R、ZG230-450材料的百萬噸乙烯離心壓縮機(jī)焊 接機(jī)殼的焊接工藝。
背景技術(shù)：
百萬噸乙烯裝置配套設(shè)備的裂解氣、丙稀壓縮機(jī)組，其壓縮機(jī)的機(jī)殼均為焊接機(jī) 殼。焊接機(jī)殼是由多個(gè)部件組成，其中焊殼中的上、下法蘭是焊接機(jī)殼的關(guān)鍵部件。中分面 的上法蘭380mm厚，下法蘭300mm厚，分別與上、下密封體焊接。由于是超厚板的焊接，法蘭 坡口大、焊縫深，增加了焊接、整形的難度。該結(jié)構(gòu)上、下法蘭焊后如果出現(xiàn)裂紋和層狀撕裂 將導(dǎo)致焊接機(jī)殼前功盡棄，焊后變形過大將無法整形，可見制定科學(xué)、合理的焊接工藝極為 重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種16Mn鍛件與Q345R低合金鋼板材、ZG230-450鑄件相結(jié) 合的百萬噸乙烯離心壓縮機(jī)焊接機(jī)殼的焊接工藝，解決焊接變形、層狀撕裂和焊接效率等 問題，通過選擇與焊接機(jī)殼材質(zhì)的化學(xué)成分相近、強(qiáng)度匹配的MAG氣體保護(hù)焊的焊接材料， 可以保證焊縫強(qiáng)度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，采用氣體保護(hù)焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合 金鋼焊接機(jī)殼；所采用的焊絲牌號(hào)=HOSMn2SiA ；焊絲直徑cpl.2mm;電源極性直流反接； 包括焊前處理、焊接過程以及焊后處理，其中焊接過程工藝參數(shù)為焊接電流250 280A ；焊接電壓28 32V ；保護(hù)氣體按體積百分比，80% Ar和 20% CO2的混合氣體；焊接速度280 320mm/min ；干伸長20 25mm ；氣體流量15 20L/mino所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，按重量百分比計(jì)，HOSMn2SiA焊絲的 化學(xué)成分如下c 0. 060 0. 140 ；Si 0. 800 1. 000 ；Mn 1. 40 1. 60 ；Ni 彡 0. 150 ； Cr ^ 0. 150 ；Mo 彡 0. 150 ；V ^ 0. 030 ；S ^ 0. 025 ；P ^ 0. 025 ；Al 彡 0. 020 ；Ti+Zr 彡 0. 150 ；Cu 彡 0. 350。所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，氣體保護(hù)焊適用于焊接機(jī)殼的全過程。所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，具體步驟如下(1)氣體保護(hù)焊的焊前進(jìn)行如下處理清理焊件坡口及距坡口兩側(cè)30 50mm兩側(cè)范圍內(nèi)的污物，將機(jī)殼各組、部預(yù)熱 100 200°C，保證預(yù)熱溫度均勻；(2)氣體保護(hù)焊的焊接過程中
層間溫度控制在300 350°C范圍內(nèi)，焊接線能量控制在20 25kJ/cm，每層焊接 厚度在2 3mm范圍內(nèi)；(3)氣體保護(hù)焊的焊后進(jìn)行如下處理焊接收尾時(shí)，填滿弧坑，焊后進(jìn)行消氫處理和消除焊接應(yīng)力處理。所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，焊接機(jī)殼采取如下焊接順序(1)拼裝機(jī)殼中分面上機(jī)殼380mm厚的法蘭與密封體進(jìn)行焊接，焊前預(yù)熱、對(duì)稱 施焊，焊接坡口的一半消應(yīng)力處理，消應(yīng)力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應(yīng)力處理，組成上法
ΛΑ --，(2)拼裝機(jī)殼中分面下機(jī)殼300mm厚的法蘭與密封體進(jìn)行焊接，焊前預(yù)熱、對(duì)稱 施焊，焊接坡口的一半消應(yīng)力處理，消應(yīng)力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應(yīng)力處理，組成下法
ΛΑ --，(3)拼裝機(jī)殼中上機(jī)殼的上法蘭與外殼板、兩側(cè)端板、立柱進(jìn)行焊接，焊后組成上 殼體；(4)拼裝機(jī)殼中下機(jī)殼的下法蘭與外殼板、兩側(cè)端板進(jìn)行焊接，焊后組成下殼體；(5)拼裝機(jī)殼中上機(jī)殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、擋板、筋板進(jìn)行焊接，上機(jī)殼 焊接完成，進(jìn)行檢查合格后，消應(yīng)力處理；(6)拼裝機(jī)殼中下機(jī)殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、筋板、固定板進(jìn)行焊接，繼續(xù) 拼裝一、二段進(jìn)風(fēng)筒進(jìn)行焊接，下機(jī)殼焊接完成，進(jìn)行檢查合格后，消應(yīng)力處理。所述步驟(1)中上法蘭與密封體之間采用不對(duì)稱焊接坡口，上法蘭厚度380mm， 正面焊縫深度為250mm，背面焊縫深度為130mm，正面焊縫與背面焊縫之間為焊縫根部。所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，正面焊縫分成①、③、⑤三個(gè)區(qū)，焊縫 根部以上50mm的區(qū)域?yàn)棰賲^(qū)，①區(qū)以上IOOmm的區(qū)域?yàn)棰?，③區(qū)以上IOOmm的區(qū)域?yàn)棰輩^(qū)； 背面焊縫分成②、④兩個(gè)區(qū)，焊縫根部以下80mm的區(qū)域?yàn)棰趨^(qū)，②區(qū)以下50mm的區(qū)域?yàn)棰?區(qū)；先焊①區(qū)，①區(qū)焊后背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區(qū)， ②區(qū)焊后焊接③區(qū)，① ③區(qū)焊后進(jìn)行著色檢查，檢查合格后，進(jìn)行消應(yīng)力處理620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷；消應(yīng)力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、 ⑤區(qū)焊后進(jìn)行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進(jìn)行二次消應(yīng)力處理620 640°C、 5 6小時(shí)，爐冷；然后，進(jìn)行消氫處理200 250°C、7 8小時(shí)，爐冷。所述步驟(2)中下法蘭與密封體之間采用不對(duì)稱焊接坡口，正面焊縫深度為 100mm,背面焊縫深度為200mm，正面焊縫與背面焊縫之間為焊縫根部。所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，背面焊縫分成①、③、⑤三個(gè)區(qū)，焊縫 根部以下50mm的區(qū)域?yàn)棰賲^(qū)，①區(qū)以下IOOmm的區(qū)域?yàn)棰?，③區(qū)以下50mm的區(qū)域?yàn)棰輩^(qū)； 正面焊縫分成②、④兩個(gè)區(qū)，焊縫根部以上80mm的區(qū)域?yàn)棰趨^(qū)，②區(qū)以上20mm的區(qū)域?yàn)棰?區(qū)；先焊①區(qū)，①區(qū)焊后背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區(qū)， ②區(qū)焊后焊接③區(qū)，① ③區(qū)焊后進(jìn)行著色檢查，檢查合格后，進(jìn)行消應(yīng)力處理620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷；消應(yīng)力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、 ⑤區(qū)焊后進(jìn)行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進(jìn)行二次消應(yīng)力處理620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷；然后，進(jìn)行消氫處理200 250°C、7 8小時(shí)，爐冷。所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，該機(jī)殼的端板、外殼板、分流板、筋板、 檔板、固定板、支撐環(huán)、進(jìn)風(fēng)筒彎板、出風(fēng)筒彎板，均為Q345R鋼板材料；該機(jī)殼的立柱、機(jī)殼法蘭中的推力側(cè)密封體、支撐側(cè)密封體、機(jī)殼法蘭、進(jìn)風(fēng)筒法 蘭、出風(fēng)筒法蘭，均為16Mn材質(zhì)鍛件；該機(jī)殼的出口蝸室為ZG230-450材質(zhì)鑄件。本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明MAG焊是熔化極氣體保護(hù)焊的一種焊接方法，氣體保護(hù)焊的焊絲不用烘 干處理，焊接過程中焊絲自動(dòng)送給、不用換焊條；由于MAG熔化極氣體保護(hù)焊的熱量集中， 具有熱影響區(qū)窄、變形小、成形美觀、質(zhì)量好、成本低、焊接速度快、焊接效率高等優(yōu)點(diǎn)，焊接 效率是手工電弧焊的5 6倍；而且，焊后不需清渣、打藥皮，熔敷率高；根據(jù)車間生產(chǎn)實(shí)際 情況，焊接16Mn鍛件與Q345R低合金高強(qiáng)鋼及ZG230-450鑄鋼蝸室組成焊接機(jī)殼，最理想 的焊接方法是MAG氣體保護(hù)焊，采用MAG氣體保護(hù)焊，不僅可以解決焊接變形、焊接效率等 問題，同時(shí)可大大縮短機(jī)殼的焊接周期，保證了離心壓縮機(jī)的質(zhì)量和交貨期。2、本發(fā)明16Mn鍛件、Q345R低合金高強(qiáng)鋼及ZG230-450鑄件焊接機(jī)殼的成功，可 以滿足市場、用戶的需求，應(yīng)用HOSMn2SiA焊接材料是實(shí)施MAG焊接方法的關(guān)鍵，將MAG焊 應(yīng)用于焊接機(jī)殼的全過程，不僅保證了焊接質(zhì)量同時(shí)縮短了焊接周期，不僅拓寬了風(fēng)機(jī)市 場同時(shí)給社會(huì)帶了了巨大的效益。3、本發(fā)明利用國內(nèi)現(xiàn)有的HOSMn2SiA低合金鋼焊絲，針對(duì)低合金高強(qiáng)鋼進(jìn)行工藝 評(píng)定，機(jī)械性能等滿足工藝、設(shè)計(jì)要求，解決采用MAG氣體保護(hù)焊焊接材料的關(guān)鍵問題。


圖la-d為本發(fā)明上機(jī)殼示意圖；其中，圖Ia為主視圖；圖Ib為A向視圖；圖Ic為 B-B視圖；圖Id為E-E視圖。圖2a_b為本發(fā)明下機(jī)殼示意圖；其中，圖2a為主視圖；圖2b為A向視圖。圖3(a)_(d)為中分面上法蘭拼裝、焊接示圖；其中，(a)為主視圖；(b)為(a)圖 的A向視圖；(c)為俯視圖；(d)為(b)圖的I部放大圖。圖4(a)_(d)為中分面下法蘭拼裝、焊接示圖；其中，(a)為主視圖；(b)為(a)圖 的A向視圖；(c)為俯視圖；(d)為(b)圖的I部放大圖。圖5(a)_(b)為中分面上法蘭焊接坡口改進(jìn)前后對(duì)比示圖；其中，(a)為改前；(b) 為改后。圖6中分面法蘭(上)與密封體焊接順序示圖。圖7中分面法蘭(下)與密封體焊接順序示圖。圖8為避免裂紋所需的后熱溫度和后熱時(shí)間曲線。圖1中，1上機(jī)殼上法蘭；2上機(jī)殼支撐環(huán)；3上機(jī)殼支撐環(huán)；4上機(jī)殼立柱；5上機(jī) 殼端板；6上機(jī)殼端板；7上機(jī)殼外殼板；8上機(jī)殼出口蝸室(上)；9上機(jī)殼分流板；10上機(jī) 殼分流板；11上機(jī)殼筋板；12上機(jī)殼筋板；13上機(jī)殼檔板；14上機(jī)殼檔板；圖2中，1'下機(jī)殼下法蘭；2'下機(jī)殼支撐環(huán)；3'下機(jī)殼支撐環(huán)；4'下機(jī)殼一段 進(jìn)風(fēng)筒；5'下機(jī)殼一段出風(fēng)筒；6'下機(jī)殼二段進(jìn)風(fēng)筒；7'下機(jī)殼二段出風(fēng)筒；8'下機(jī)殼端板；9'下機(jī)殼外殼板；10'下機(jī)殼出口蝸室(下)；11'下機(jī)殼分流板；12'下機(jī)殼分流 板；13'下機(jī)殼加強(qiáng)筋；14'下機(jī)殼加強(qiáng)筋；15'下機(jī)殼固定板；16'下機(jī)殼固定板；17' 下機(jī)殼固定板；18'下機(jī)殼固定板；19'下機(jī)殼固定板；20'下機(jī)殼加強(qiáng)筋；圖3、圖6中，21推力側(cè)密封體(上)；22支撐側(cè)密封體(上)；23法蘭(上)；24 吊柱；25正面焊縫；26背面焊縫；27焊縫根部；圖4、圖7中，21'推力側(cè)密封體(下)；22'支撐側(cè)密封體(下)；23'法蘭(下)； 24'吊柱；25'背面焊縫；26'正面焊縫；27'焊縫根部。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的詳細(xì)說明。1、焊接機(jī)殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖Ia-圖Ib所示，壓縮機(jī)的焊接機(jī)殼由上機(jī)殼、下機(jī)殼組成，其上、下機(jī)殼均為 焊接結(jié)構(gòu)。MCL900上機(jī)殼由上機(jī)殼上法蘭1 ；上機(jī)殼端板5、6 ；上機(jī)殼立柱4 ；上機(jī)殼外殼 板7 ；上機(jī)殼出口蝸室(上)8 ；上機(jī)殼分流板9 ；上機(jī)殼支撐環(huán)2、3 ；上機(jī)殼分流板10 ；上機(jī) 殼筋板11、12 ；上機(jī)殼檔板13、14等部件組成，其中上法蘭厚度達(dá)380mm，機(jī)殼中最薄板為 20mm，上殼重達(dá)31. 4噸。如圖2a-圖2b所示，下機(jī)殼由下機(jī)殼下法蘭1'；下機(jī)殼端板8'；下機(jī)殼外殼板 9'；下機(jī)殼支撐環(huán)2'、3'；下機(jī)殼出口蝸室(下)10'；下機(jī)殼分流板11' >12'；下機(jī)殼 一段進(jìn)風(fēng)筒4'；下機(jī)殼一段出風(fēng)筒5'；下機(jī)殼二段進(jìn)風(fēng)筒6'；下機(jī)殼二段出風(fēng)筒7'； 下機(jī)殼加強(qiáng)筋13'、14'；下機(jī)殼固定板15'、16'、17'、18'、19'；下機(jī)殼加強(qiáng)筋20' 等部件組成，其中下法蘭厚度達(dá)300mm，機(jī)殼中最薄板為20mm，下殼重達(dá)37. 4噸。上機(jī)殼、下機(jī)殼組合成壓縮機(jī)焊接機(jī)殼，焊接機(jī)殼整體重量近69噸，加上葉輪、隔 板、密封等部件重量超出100噸。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是本發(fā)明中，端板、外殼板、分流板、筋板、檔板、固定板、支撐環(huán)、一、二段進(jìn)、出風(fēng)筒 的彎板均為Q345R材質(zhì)板件；本發(fā)明中，立柱、法蘭(上、下)中的推力側(cè)密封體(上、下)、支撐側(cè)密封體(上、 下)、法蘭(上、下)、一、二段進(jìn)、出風(fēng)筒的法蘭，均為16Mn材質(zhì)鍛件；本發(fā)明中，出口蝸室(上、下)為ZG230-450材質(zhì)鑄件；本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)大厚鋼板與鑄件、鍛件三種材料一起焊接這是首次在焊 殼結(jié)構(gòu)上應(yīng)用。特別是為了提高壓縮機(jī)出口蝸室的效率，出口蝸室(上、下)也是首次采用 了內(nèi)殼ZG230-450鑄件結(jié)構(gòu)。在內(nèi)殼鑄件上鑄出口蝸室，出口蝸室要與焊接機(jī)殼圓形截面 出風(fēng)筒相吻合焊接，這是與以往焊接機(jī)殼不同的關(guān)鍵點(diǎn)。2、鋼材和焊材的化學(xué)成分和機(jī)械性能1) 16Mn鍛件由南京博大鋼鐵有限公司供貨，供貨狀態(tài)為正火，組織為鐵素體+少 量珠光體。其化學(xué)成分及機(jī)械性能見表1、表2。表1 16Mn鍛件的化學(xué)成分要求
7 表2 16Mn鍛件的交貨狀態(tài)和力學(xué)性能要求 按JB/T 4730. 3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)，且等級(jí)要求不低于III級(jí)。2) Q345R鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求Q345R由南京博大鋼鐵有限公司供貨，供貨狀態(tài)為正火，組織為鐵素體+少量珠光 體。其化學(xué)成分及機(jī)械性能見表3、表4。表3 Q345R鋼板的化學(xué)成分要求 表4 Q345R鋼板的交貨狀態(tài)和力學(xué)性能要求 注1.板厚大于30mm，材料需進(jìn)行正火處理。2.板厚大于120mm，應(yīng)采用16Mn板材或16Mn、16MnD鍛件。若采用16Mn板材時(shí)， 其力學(xué)性能不得低于鋼板厚度> 100 120mm中規(guī)定的數(shù)值。3.按JB4730. 3標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷檢驗(yàn)，且等級(jí)要求不低于III級(jí)。3)ZG230-450鑄件的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求表5 ZG230-450鑄件的化學(xué)成分要求 注1.*對(duì)上限每減少0.01%碳，允許增加0.04%錳，錳含量最高至1.20%。2.殘余元素 Ni 彡 0. 30%，Cr 彡 0. 35%，Cu 彡 0. 30%，Mo 彡 0. 20%，V 彡 0. 05%，
殘余元素總和< 1.00%。表6 ZG230-450鑄鋼的交貨狀態(tài)和力學(xué)性能要求 注按GB/T 7233標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，結(jié)果不得低于III級(jí)。4)H08Mn2SiA焊絲的化學(xué)成分和機(jī)械性能見表7、表8。表7 H08Mn2SiA焊絲的化學(xué)成分 表8 H08Mn2SiA焊絲的機(jī)械性能 3、16Mn 鍛件及 Q345R、ZG230-450 的焊接特點(diǎn)ZG230-450相當(dāng)20#鋼，16Mn鍛件、Q345R鋼為鐵素體+少量珠光體型低合金用鋼， 鎳在鋼中可強(qiáng)化鐵素體基體并細(xì)化珠光體，在提高材料強(qiáng)度的同時(shí)而不降低其塑性和韌 性。也就是說對(duì)相同強(qiáng)度的材料，如提高含鎳量，則其含碳當(dāng)量可以適當(dāng)降低。并且鎳還可 以降低鋼材的低溫脆性轉(zhuǎn)變溫度。由于含碳量低，其碳當(dāng)量< 0. 44，淬硬傾向小，不易形成 冷裂紋，焊縫具有較好的塑性和韌性，一般不需預(yù)熱。當(dāng)板厚超過一定的厚度或接頭剛性拘 束較大或碳當(dāng)量偏高時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)熱，但預(yù)熱溫度不要過高，否則會(huì)使熱影響區(qū)晶粒長大， 所以焊接時(shí)應(yīng)控制焊接線能量和層間溫度。焊后要進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。4、焊接工藝參數(shù)氣體保護(hù)焊(MAG)焊接工藝參數(shù)，MAG熔化極氣體保護(hù)焊應(yīng)用于焊接機(jī)殼的全過程。焊絲牌號(hào)=HOSMn2SiA ；焊絲直徑cpl.2mm;電源極性直流反接；焊接電流250 280 (A)；焊接電壓28 32 (V)；氣體保護(hù)80 % Ar+20 % CO2 (體積百分比)；焊接速度 280 320mm/mm ；干伸長20 25mm ；氣體流量15 20L/min。5、機(jī)殼的焊接順序合理的焊接順序?qū)刂坪负笞冃?，減少焊接應(yīng)力，使應(yīng)力合理分布，防止焊件的脆 性破壞、層狀撕裂，保證機(jī)殼工作的可靠性都是非常必要的。焊接機(jī)殼采取如下焊接順序(1)如圖3(a)_(d)所示，拼裝法蘭23、推力側(cè)密封體21、支撐側(cè)密封體22，在法蘭 23側(cè)面設(shè)有吊柱24，兩個(gè)法蘭23之間分別焊接推力側(cè)密封體21、支撐側(cè)密封體22，形成上法蘭。如圖3(d)和圖6所示，法蘭與密封體之間采用不對(duì)稱(不等分X形)焊接坡口 (焊縫)，正面焊縫25深度為250mm，背面焊縫26深度為130mm，正面焊縫25與背面焊縫 26之間為焊縫根部27。本發(fā)明采用上述設(shè)計(jì)，為了保證一側(cè)焊后用碳弧氣刨清理焊根的問 題，要有足夠的空間、流道，吹走碳弧氣刨下來的氧化殘?jiān)?，合理布置坡口角度，在保證焊槍 有足夠的擺動(dòng)空間的同時(shí)盡量減小坡口角度，減少焊接填充量，減少焊接應(yīng)力和變形，改善 坡口形式避免層狀撕裂。如圖3(d)、圖6所示，上法蘭厚度380mm，正面焊縫25分成①、③、⑤三個(gè)區(qū)，焊縫
根部27以上50mm的區(qū)域?yàn)棰賲^(qū)，①區(qū)以上IOOmm的區(qū)域?yàn)棰?，③區(qū)以上IOOmm的區(qū)域?yàn)棰?br> 區(qū)。背面焊縫分成②、④兩個(gè)區(qū)，焊縫根部27以下80mm的區(qū)域?yàn)棰趨^(qū)(直線段)，②區(qū)以下50mm的區(qū)域?yàn)棰軈^(qū)。焊接坡口修改前、后對(duì)比，詳見圖3(d)和圖5所示，修改后的背面焊縫26深度由 IOOmm改為130mm，直線段(②區(qū))高度由50mm改為80mm，在背面焊縫根部27增加了圓角 R20，整體380mm尺寸不變，坡口寬度得到減小。上法蘭焊接前進(jìn)行預(yù)熱150 200°C，焊接時(shí)要對(duì)稱施焊，先焊圖6中①區(qū)，①區(qū)焊 后背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區(qū)，②區(qū)焊后焊接③區(qū)，① ③區(qū) 焊后進(jìn)行著色檢查，檢查合格后，進(jìn)行消應(yīng)力處理(620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷)，消應(yīng)力 回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、⑤區(qū)焊后進(jìn)行修磨、超聲波探傷 檢查，檢查合格后立即進(jìn)行二次消應(yīng)力處理(620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷)，然后進(jìn)行消 氫處理(200 250°C、7 8小時(shí)，爐冷)。如圖8所示，避免裂紋所需的后熱溫度和后熱時(shí) 間在200 250°C、7 8小時(shí)內(nèi)，是不會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂的。同樣，如圖4(d)所示，拼裝法蘭23'、推力側(cè)密封體21'、支撐側(cè)密封體22'，在 法蘭23'側(cè)面設(shè)有吊柱24'，兩個(gè)法蘭23'之間分別焊接推力側(cè)密封體21'、支撐側(cè)密封 體22'，形成下法蘭。如圖4 (d)、圖7所示，下法蘭厚度300mm，背面焊縫25 ‘分成①、③、⑤三個(gè)區(qū)，焊縫 根部27 ‘以下50mm的區(qū)域?yàn)棰賲^(qū)，①區(qū)以下IOOmm的區(qū)域?yàn)棰?，③區(qū)以下50mm的區(qū)域?yàn)棰?區(qū)。正面焊縫26'分成②、④兩個(gè)區(qū)，焊縫根部27'以上80mm的區(qū)域?yàn)棰趨^(qū)(直線段)，② 區(qū)以上20mm的區(qū)域?yàn)棰軈^(qū)。如圖4(d)、圖7所示，法蘭與密封體之間采用不對(duì)稱(不等分X形)焊接坡口(焊 縫)，正面焊縫26 ‘深度為100mm，背面焊縫25 ‘深度為200mm，正面焊縫26 ‘與背面焊縫 25'之間為焊縫根部27'。本發(fā)明采用上述設(shè)計(jì)，為了保證一側(cè)焊后用碳弧氣刨清理焊根 的問題，要有足夠的空間、流道，吹走碳弧氣刨下來的氧化殘?jiān)?，合理布置坡口角度，在保證 焊槍有足夠的擺動(dòng)空間的同時(shí)盡量減小坡口角度，減少焊接填充量，減少焊接應(yīng)力和變形， 改善坡口形式避免層狀撕裂。下法蘭焊接前進(jìn)行預(yù)熱150 200°C，焊接時(shí)要對(duì)稱施焊，先焊圖7中①區(qū)，①區(qū)焊 后背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區(qū)，②區(qū)焊后焊接③區(qū)，① ③區(qū) 焊后進(jìn)行著色檢查，檢查合格后，進(jìn)行消應(yīng)力處理(620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷)，消應(yīng)力 回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、⑤區(qū)焊后進(jìn)行修磨、超聲波探傷 檢查，檢查合格后立即進(jìn)行二次消應(yīng)力處理(620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷)，然后進(jìn)行消 氫處理(200 250°C、7 8小時(shí)，爐冷)。(2)以中分面的上機(jī)殼上法蘭1為基準(zhǔn)，依次拼裝機(jī)殼中的上機(jī)殼上法蘭1與上機(jī) 殼外殼板7、兩側(cè)上機(jī)殼立柱4及上機(jī)殼兩側(cè)端板5、6，進(jìn)行預(yù)熱、焊接，焊后組成上殼體；依 次拼裝機(jī)殼中的下機(jī)殼下法蘭1'與下機(jī)殼外殼板9'、下機(jī)殼兩側(cè)端板8'進(jìn)行預(yù)熱、焊 接，焊后組成下殼體；經(jīng)過整型、檢查合格后轉(zhuǎn)下序。(3)依次拼裝機(jī)殼中的上機(jī)殼出口蝸室(上)8 ；上機(jī)殼支撐環(huán)2、3 ；上機(jī)殼分流板 9、10 ；上機(jī)殼筋板11、12 ；上機(jī)殼擋板13、14 ；對(duì)上機(jī)殼進(jìn)行焊接，上機(jī)殼焊接完成。經(jīng)過整 型、檢查合格后，立即進(jìn)爐消除焊接應(yīng)力。以溫升速度為彡50°C /小時(shí)，爐溫不低于300°C 時(shí)進(jìn)爐，達(dá)到630°C 士 10°C保溫5 6小時(shí)緩冷，冷卻速度為彡500C /小時(shí)，300°C出爐。(4)依次拼裝機(jī)殼中的下機(jī)殼出口蝸室(下)10'、下機(jī)殼支撐環(huán)2'、3'；下機(jī)殼
11分流板11' >12'；下機(jī)殼加強(qiáng)筋13'、14'；下機(jī)殼固定板15'、16'、17'、18'、19'；進(jìn) 行焊接。繼續(xù)拼裝下機(jī)殼一段進(jìn)風(fēng)筒4'、下機(jī)殼一段出風(fēng)筒5'、下機(jī)殼二段進(jìn)風(fēng)筒6'、 下機(jī)殼二段出風(fēng)筒7'，進(jìn)行焊接，下機(jī)殼焊接完成。經(jīng)過整型、檢查合格后，立即進(jìn)爐消除 焊接應(yīng)力。以溫升速度為彡50°C/小時(shí)，爐溫不低于300°C時(shí)進(jìn)爐，達(dá)到630°C 士 10°C保溫 5 6小時(shí)緩冷，冷卻速度為彡500C /小時(shí)，300°C出爐。6、焊接工藝要點(diǎn)(1)由于16Mn、Q345R屬于低碳硅錳鋼，ZG230-450相當(dāng)20#鋼，可焊性是良好的。 碳當(dāng)量約為0. 345 0. 491%，在焊大剛性、大厚度結(jié)構(gòu)時(shí)出現(xiàn)冷裂傾向就大一些。一般在 40mm厚度鋼板焊接時(shí)，不低于0°C不預(yù)熱；0°C以下時(shí)預(yù)熱100 150°C，大于40mm均預(yù)熱 150 200°C，保證預(yù)熱溫度均勻。(2)焊件在焊接前，要認(rèn)真清理坡口及距坡口兩側(cè)30 50mm兩側(cè)范圍內(nèi)的油、銹 等污物；(3)焊接過程中，必須控制層間溫度，層間溫度控制在300 350°C范圍內(nèi)之內(nèi)，注 意層間必須清理干凈后，方可焊接下一道焊縫。(4)為防止焊接接頭處晶粒粗大，塑韌性下降，焊接線能量控制在25kJ/cm以下， 盡量采用多層多道焊，焊道要薄，利用后一道對(duì)前一道的回火處理作用以細(xì)化晶粒，同時(shí)可 消除前一道焊縫的部分缺陷，每層焊接厚度在2 3mm范圍內(nèi)。(5)由于是大厚度鋼板對(duì)接(厚度在40 380mm范圍內(nèi))，為防止變形，要對(duì)稱焊。 雙面焊背面清根時(shí)，用角向砂輪機(jī)和碳弧氣刨清根。(6)中分面法蘭焊接坡口采取不對(duì)稱(不等分)焊接坡口見圖6、圖7，主要考慮焊 后碳弧氣刨清理焊根，防止焊后變形。(7)上、下法蘭焊接坡口的一半時(shí)需要進(jìn)爐消應(yīng)力處理，上、下法蘭焊接完成需要 兩次消應(yīng)力處理；爐溫不低于300°C時(shí)進(jìn)爐，達(dá)到630°C 士 10°C保溫5 6小時(shí)緩冷，300°C 出爐。(8)焊接收尾時(shí)，氣體滯后停止2 3秒，充分保護(hù)熔池，必須填滿弧坑，避免弧坑 裂紋。(9)焊后盡快進(jìn)爐消氫處理和消除焊接應(yīng)力處理。消氫溫度200 250°，保溫 7-8小時(shí)，是不會(huì)產(chǎn)生層狀撕裂的。消氫后緩冷出爐，冷卻后對(duì)焊縫表面進(jìn)行著色檢查，合 格后再進(jìn)爐進(jìn)行最終熱處理消除焊接應(yīng)力，消除焊接應(yīng)力的爐溫不低于30(TC時(shí)進(jìn)爐，達(dá)到 6300C 士 10°C保溫5 6小時(shí)緩冷，300°C出爐，達(dá)到組織穩(wěn)定。7、檢驗(yàn)機(jī)殼各組部焊接后按集團(tuán)公司內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)FB05006《離心壓縮機(jī)焊接機(jī)殼焊接技術(shù) 條件》進(jìn)行檢驗(yàn)，先進(jìn)行外觀檢查，在外觀質(zhì)量檢驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上進(jìn)行X光射線、超聲、滲透 檢查。(1)機(jī)殼殼體的縱焊縫、環(huán)焊縫，進(jìn)出風(fēng)筒的縱焊縫、環(huán)焊縫，均進(jìn)行100% X光射 線探傷檢查，焊縫質(zhì)量符合JB4730III級(jí)。(2)中分面法蘭與外殼板、端板與外殼板連接的焊縫；中分面法蘭與軸端密封體 與軸端密封體端板連接的焊縫及各部件之間連接的角焊縫均進(jìn)行100%的滲透檢測(cè)，均符 合JB4730II級(jí)，并用超聲波進(jìn)行局部抽查。
8、焊接工藝評(píng)定氣體保護(hù)焊(MAG)采用H08Mn2SiA、cpl.2mm焊絲，試件板厚40mm的單面V形60° 坡口，間隙3mm，鈍邊2mm的對(duì)接，主要目的是焊接機(jī)殼都要靠MAG氣體保護(hù)焊來完成。試板焊后經(jīng)過X光射線探傷，按JB4708-92規(guī)定焊接試件檢驗(yàn)試樣，測(cè)定性能，確 認(rèn)試驗(yàn)記錄正確。焊接材料工藝評(píng)定機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果見表9。表9 HOSMn2SiA鋼板焊接工藝評(píng)定機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果 9、焊接應(yīng)用利用上述焊接工藝，采MAG氣體保護(hù)焊，焊后沒有變形，無需整形，可一次焊接成功。實(shí)施結(jié)果表明，本申請(qǐng)為乙烯國產(chǎn)化開辟了新的坦途，裂解氣壓縮機(jī)的焊接機(jī)殼 所用的材料為16Mn鍛件與低合金高強(qiáng)度Q345R、ZG230-450材料。百萬噸乙烯焊接機(jī)殼不 同以往，它的特點(diǎn)是新、奇、特，形成了厚、寬、重的大型焊接機(jī)殼。(1)新在結(jié)構(gòu)上。為了提高壓縮機(jī)出口蝸室的效率，裂解氣壓縮機(jī)高壓缸焊接機(jī)殼 出風(fēng)筒按圓形截面設(shè)計(jì)。高壓缸外殼為板材焊接，內(nèi)殼為鑄件，同時(shí)在內(nèi)殼鑄件上鑄出口蝸 室。也就是說，出風(fēng)筒要通過內(nèi)殼，與內(nèi)殼鑄造出來的出風(fēng)筒相吻合，保證同軸、同心，這樣 就大大增加了拼裝、對(duì)中、焊接的難度。(2)奇在質(zhì)量上。大厚度中分面法蘭與密封體焊后，將要在中分面法蘭上通過焊縫 鉆tpllOmm的螺栓把合孔，水壓試驗(yàn)為MCL型機(jī)殼之最67. 5Kg，焊縫出現(xiàn)絲毫缺陷都會(huì)影 響水壓、氣壓合格，倘若在焊接處泄露，將無法修復(fù)，可見對(duì)機(jī)殼的焊接質(zhì)量要求相當(dāng)高。(3)特在超大型。中分面上法蘭最大厚度為380mm，下法蘭最大厚度為300mm ；焊 接坡口為不對(duì)稱X型焊接坡口，焊接坡口最深達(dá)380mm，焊縫最寬為180mm，并保證焊透。這 些尺寸數(shù)據(jù)，都創(chuàng)下了生產(chǎn)之最。超大厚度的中分面法蘭與密封體焊接，增大了焊接風(fēng)險(xiǎn)， 一旦出現(xiàn)焊后裂紋、發(fā)生層狀撕裂和變形，將無法挽救。值得一提的是，低壓缸僅中分面法 蘭與密封體焊后形成的上、下中分面法蘭的寬度達(dá)到4. 4米，長度達(dá)4. 9米，重量近19噸； 焊接預(yù)熱、焊后熱處理都超過了公司現(xiàn)有最大爐體的尺寸范圍。
權(quán)利要求
百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于采用氣體保護(hù)焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合金鋼焊接機(jī)殼；所采用的焊絲牌號(hào)H08Mn2SiA；焊絲直徑電源極性直流反接；包括焊前處理、焊接過程以及焊后處理，其中焊接過程工藝參數(shù)為焊接電流250～280A；焊接電壓28～32V；保護(hù)氣體按體積百分比，80％Ar和20％CO2的混合氣體；焊接速度280～320mm/min；干伸長20～25mm；氣體流量15～20L/min。F2009100116755C0000011.tif
2.按照權(quán)利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于按重量百分 比計(jì)，H08Mn2SiA 焊絲的化學(xué)成分如下:C 0. 060 0. 140 ；Si 0. 800 1. 000 ；Mn :1. 40 1. 60 ；Ni 彡 0. 150 ；Cr 彡 0. 150 ；Mo 彡 0. 150 ；V 彡 0. 030 ；S 彡 0. 025 ；P 彡 0. 025 ；A1 彡 0. 020 ；Ti+Zr 彡 0. 150 ；Cu 彡 0. 350。
3.按照權(quán)利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于氣體保護(hù) 焊適用于焊接機(jī)殼的全過程。
4.按照權(quán)利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于，具體步驟 如下(1)氣體保護(hù)焊的焊前進(jìn)行如下處理清理焊件坡口及距坡口兩側(cè)30 50mm兩側(cè)范圍內(nèi)的污物，將機(jī)殼各組、部預(yù)熱100 200°C，保證預(yù)熱溫度均勻；(2)氣體保護(hù)焊的焊接過程中層間溫度控制在300 350°C范圍內(nèi)，焊接線能量控制在20 25kJ/cm，每層焊接厚度 在2 3mm范圍內(nèi)；(3)氣體保護(hù)焊的焊后進(jìn)行如下處理焊接收尾時(shí)，填滿弧坑，焊后進(jìn)行消氫處理和消除焊接應(yīng)力處理。
5.按照權(quán)利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于，焊接機(jī)殼 采取如下焊接順序(1)拼裝機(jī)殼中分面上機(jī)殼380mm厚的法蘭與密封體進(jìn)行焊接，焊前預(yù)熱、對(duì)稱施焊， 焊接坡口的一半消應(yīng)力處理，消應(yīng)力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應(yīng)力處理，組成上法蘭；(2)拼裝機(jī)殼中分面下機(jī)殼300mm厚的法蘭與密封體進(jìn)行焊接，焊前預(yù)熱、對(duì)稱施焊， 焊接坡口的一半消應(yīng)力處理，消應(yīng)力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應(yīng)力處理，組成下法蘭；(3)拼裝機(jī)殼中上機(jī)殼的上法蘭與外殼板、兩側(cè)端板、立柱進(jìn)行焊接，焊后組成上殼體；(4)拼裝機(jī)殼中下機(jī)殼的下法蘭與外殼板、兩側(cè)端板進(jìn)行焊接，焊后組成下殼體；(5)拼裝機(jī)殼中上機(jī)殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、擋板、筋板進(jìn)行焊接，上機(jī)殼焊接 完成，進(jìn)行檢查合格后，消應(yīng)力處理；(6)拼裝機(jī)殼中下機(jī)殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、筋板、固定板進(jìn)行焊接，繼續(xù)拼裝 一、二段進(jìn)風(fēng)筒進(jìn)行焊接，下機(jī)殼焊接完成，進(jìn)行檢查合格后，消應(yīng)力處理。
6.按照權(quán)利要求5所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于，所述步驟 ⑴中上法蘭與密封體之間采用不對(duì)稱焊接坡口，上法蘭厚度380mm，正面焊縫深度為 250mm,背面焊縫深度為130mm，正面焊縫與背面焊縫之間為焊縫根部。
7.按照權(quán)利要求6所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于，正面焊縫 分成①、③、⑤三個(gè)區(qū)，焊縫根部以上50mm的區(qū)域?yàn)棰賲^(qū)，①區(qū)以上100mm的區(qū)域?yàn)棰?，③區(qū) 以上100mm的區(qū)域?yàn)棰輩^(qū)；背面焊縫分成②、④兩個(gè)區(qū)，焊縫根部以下80mm的區(qū)域?yàn)棰趨^(qū)， ②區(qū)以下50mm的區(qū)域?yàn)棰軈^(qū)；先焊①區(qū)，①區(qū)焊后背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區(qū)，②區(qū)焊 后焊接③區(qū)，① ③區(qū)焊后進(jìn)行著色檢查，檢查合格后，進(jìn)行消應(yīng)力處理620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷；消應(yīng)力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、⑤區(qū)焊后進(jìn) 行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進(jìn)行二次消應(yīng)力處理620 640°C、5 6小時(shí)， 爐冷；然后，進(jìn)行消氫處理200 250°C、7 8小時(shí)，爐冷。
8.按照權(quán)利要求5所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于，所述步驟 ⑵中下法蘭與密封體之間采用不對(duì)稱焊接坡口，正面焊縫深度為100mm，背面焊縫深度為 200mm,正面焊縫與背面焊縫之間為焊縫根部。
9.按照權(quán)利要求8所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于，背面焊縫 分成①、③、⑤三個(gè)區(qū)，焊縫根部以下50mm的區(qū)域?yàn)棰賲^(qū)，①區(qū)以下100mm的區(qū)域?yàn)棰?，③區(qū) 以下50mm的區(qū)域?yàn)棰輩^(qū)；正面焊縫分成②、④兩個(gè)區(qū)，焊縫根部以上80mm的區(qū)域?yàn)棰趨^(qū)，② 區(qū)以上20mm的區(qū)域?yàn)棰軈^(qū)；先焊①區(qū)，①區(qū)焊后背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區(qū)，②區(qū)焊 后焊接③區(qū)，① ③區(qū)焊后進(jìn)行著色檢查，檢查合格后，進(jìn)行消應(yīng)力處理620 640°C、5 6小時(shí)，爐冷；消應(yīng)力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、⑤區(qū)焊后進(jìn) 行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進(jìn)行二次消應(yīng)力處理620 640°C、5 6小時(shí)， 爐冷；然后，進(jìn)行消氫處理200 250°C、7 8小時(shí)，爐冷。
10.按照權(quán)利要求5所述的百萬噸乙烯壓縮機(jī)機(jī)殼的焊接工藝，其特征在于，該機(jī)殼的端板、外殼板、分流板、筋板、檔板、固定板、支撐環(huán)、進(jìn)風(fēng)筒彎板、出風(fēng)筒彎板，均為Q345R鋼板材料；該機(jī)殼的立柱、機(jī)殼法蘭中的推力側(cè)密封體、支撐側(cè)密封體、機(jī)殼法蘭、進(jìn)風(fēng)筒法蘭、出 風(fēng)筒法蘭，均為16Mn材質(zhì)鍛件；該機(jī)殼的出口蝸室為ZG230-450材質(zhì)鑄件。
全文摘要
本發(fā)明涉及裝備制造業(yè)中的焊接技術(shù)，是MCL型水平剖分離心壓縮機(jī)焊接機(jī)殼的焊接專業(yè)技術(shù)，具體地說，是16Mn鍛件、Q345R、ZG230-450材料的百萬噸乙烯離心壓縮機(jī)焊接機(jī)殼的焊接工藝。采用氣體保護(hù)焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合金鋼焊接機(jī)殼；所采用的焊絲牌號(hào)H08Mn2SiA；焊絲直徑電源極性直流反接；包括焊前處理、焊接過程以及焊后處理，其中焊接過程工藝參數(shù)為焊接電流250～280A；焊接電壓28～32V；保護(hù)氣體按體積百分比，80％Ar和20％CO2的混合氣體；焊接速度280～320mm/min；干伸長20～25mm；氣體流量15～20L/min。本發(fā)明可以解決焊接變形、層狀撕裂和焊接效率等問題，通過選擇與焊接機(jī)殼材質(zhì)的化學(xué)成分相近、強(qiáng)度匹配的MAG氣體保護(hù)焊的焊接材料，可以保證焊縫強(qiáng)度。
文檔編號(hào)B23K9/32GK101890557SQ20091001167
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者劉冬菊, 劉凱, 劉向東, 李品威, 王博, 石陽, 郭振霞 申請(qǐng)人:沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司