大型空分装置冷箱内铝塔组焊技术

【摘 要】 中煤榆林煤化工60000m？/h空分是目前我公司承建的规模最大的空分装置，根据设备供货状态，冷箱内共有3段铝制塔器需现场组对焊接，分别为下塔塔体与裙座、上塔下段与下塔、上塔上段与下段。下塔重100.8t，规格为φ4600×35×26380mm；上塔下段重51.2t，规格为φ4400×35×17900mm；上塔上段重65.5t，规格为φ4400×35×25348mm。3道焊缝均要求100%RT检测，合格级别为Ⅱ级。

【关键词】 组焊技术 空分装置冷箱

1 铝塔焊接特点及难点

1.1 焊接工作量大，探伤要求高

冷箱内有3段铝塔需现场组焊，设备直径高达4.6米，最大壁厚达35mm。根据设计要求，该3条焊缝均为100%RT检测，合格级别为Ⅱ级。

1.2 对焊接变形控制严格

铝镁合金材料熔点低、热传导速度快，焊接变形较难控制尤其是错边、棱角变形，且对塔器的安装垂直度影响较大，在实际施工中需要采用对称双面焊接来减小塔器垂直度的影响，保证垂直度达到设计要求。

2 铝塔组焊的现场控制措施

2.1 高空环缝组对技术措施

（1）由于塔设备长度长（每段都在24m以上），且直径相对较大（φ4400mm以上）。因此现场测量组对坡口的水平度和平面度困难，必须挑选技能水平高的施工人员进行认真测量。

（2）准备好组对用的工卡具，并运送至对接部位平台，在塔器上、下口焊接支撑耳板，放置四个20t千斤顶，用来调整上下段对口间隙和塔体垂直度。焊接拐板，设置千斤顶，调整对口错边量（如图1）。

2.2 采用封闭、预热烘烤措施保证焊接质量

由于铝镁合金对焊接环境的要求很高，如果焊接湿度过大容易产生气孔，如果环境脏，在容易产生气孔和发渣现象，对此采取以下技术措施：

（1）冷箱上的人口、管口等用彩条布封裹起来，冷箱底部与基础的缝隙使用棉被封堵，避免焊缝周围漏风。

（2）由于冷箱施工正值冬季，环境温度较低，空气湿度较大，为保证焊接质量，使用电加热片对塔体表面进行预热烘烤，控制加热温度在150℃左右。

（3）焊缝坡口在组对过程中由于现场条件制约，不可避免的对焊缝表面产生一定的污染，因此必须在组对完成后用三氯乙烯进行脱脂清洗。

2.3 焊前清洗处理措施

焊丝及焊件清洗：

（1）焊接材料：用碱洗法清洗，清洗后的焊丝一般应在12小时内使用完，其步骤如下：一、用三氯乙烯或丙酮等有机溶剂除去表面油污。二、在15%的NaOH溶液中清洗10～15分钟（室温）。三、在碱液中清洗后用冷水冲洗（最好用温水）。四、在30%硝酸溶液中清洗2～5分钟（室温）。五、在硝酸溶液中清洗后再用冷水冲洗（最好用温水），最后60℃烘干。

（2）清理焊件的坡口及其内外两侧的宽度不少于50mm。先用丙酮擦拭表面以除油，随后直接用细铜丝刷或不锈钢丝刷刷净（金属丝直径不宜大于0.15mm），要刷到露出金属光泽为止。使用的钢丝刷应定期进行脱脂处理。一般不宜用砂轮打磨，因为砂粒留在金属表面，焊接时会产生缺陷。

2.4 选择合理焊接顺序

（1）在塔体的顶部0°、270°两个互成90°的方向用直径为0.5mm的钢丝线坠同时测量塔体的垂直度，用角尺测量塔体水平方向尺寸偏差，通过千斤顶和拐板调整，当偏差在允许范围内时，首先采用定位焊，定位焊间距不得大于200mm，接着进行双面同步对称焊，同时不断的观察塔体的垂直度偏差，在两个方向同时找正，保证了塔体找正的准确性、可靠性。

（2）下塔塔体与裙座、上塔下段与下塔对接焊缝打底焊接采用铝镁合金钨极氩弧双人双面同步焊技术，即打底时设备内外各对称安排一名焊工同位置、同方向、等速度施焊，焊接时应注意A、B焊工要配合默契，同向、等速。盖面采用4名焊工对称单人焊接（如图2）。

2.5 焊接工艺要点

（1）开始焊接或间隔一段时间再焊接时，引弧前要先打开氩气，保持流通20～30秒，以排除空气，并利用氩气流带走附着在导气管内壁上的水份。然后找准引弧点，在组对坡口上把电弧引燃，电弧长度约为2～3mm。

（2）焊接中断或结束时，为防止产生弧坑裂纹和缩孔，收弧处要多填一些金属，然后再使焊接电流逐渐衰减，断弧后，氩气要持续5～8秒，以防止钨极氧化。

（3）焊接操作过程中应注意保持焊枪、焊丝、焊件部分三者之间的空间位置，焊枪与工件表面的距离约8～10mm，焊丝与焊件之间的夹角一般为10～20°，焊枪与焊件之间应尽量保持垂直，钨极伸出喷嘴一般为5mm。

（4）层间要用不锈钢丝（或钢丝刷）清理表面氧化膜，对影响下层焊接质量的过高焊肉、弧坑和其它缺陷用锉刀除去。

（5）输送焊丝和焊枪的运行速度要配合好，一般采用快送少加焊丝的填丝方法，焊接中应使焊丝端部始终处于氩气保护范围之内，防止氧化膜形成。

（6）焊接过程中，如不慎将焊丝触及电极或电极触及工件，会使熔池附近氧化发黑，对此应立即熄弧，将氧化发黑的地方清理干净，重新焊接。

（7）严禁在塔体表面任意引弧，焊接前应在引弧板上试焊，避免造成塔体表面损伤。

2.6 焊后清理

焊接工作完成外观检验后，将卡具、吊耳等切掉拆除，不要损伤母材，并认真检查必须全部清出塔外，不得遗留。

3 结语

中煤榆林60000m3/h空分装置冷箱内的铝制塔器现场组对焊接，通过在施工中不断摸索改进，按照上述焊接工艺及操作技术进行施工，使得厚壁铝塔组对焊接质量得到充分保证，焊接一次合格率达到93%，为公司在大型空分冷箱施工领域奠定坚实基础。