專利名稱：百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及裝備制造業(yè)中的焊接技術，是MCL型水平剖分離心壓縮機焊接機殼的 焊接專業(yè)技術，具體地說，是16Mn鍛件、Q345R、ZG230-450材料的百萬噸乙烯離心壓縮機焊 接機殼的焊接工藝。
背景技術：
百萬噸乙烯裝置配套設備的裂解氣、丙稀壓縮機組，其壓縮機的機殼均為焊接機 殼。焊接機殼是由多個部件組成，其中焊殼中的上、下法蘭是焊接機殼的關鍵部件。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。該結構上、下法蘭焊后如果出現(xiàn)裂紋和層狀撕裂 將導致焊接機殼前功盡棄，焊后變形過大將無法整形，可見制定科學、合理的焊接工藝極為 重要。

發(fā)明內容
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 合的百萬噸乙烯離心壓縮機焊接機殼的焊接工藝，解決焊接變形、層狀撕裂和焊接效率等 問題，通過選擇與焊接機殼材質的化學成分相近、強度匹配的MAG氣體保護焊的焊接材料， 可以保證焊縫強度。本發(fā)明的技術解決方案是百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，采用氣體保護焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合 金鋼焊接機殼；所采用的焊絲牌號=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為焊接電流250 280A ；焊接電壓28 32V ；保護氣體按體積百分比，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機殼的焊接工藝，按重量百分比計，HOSMn2SiA焊絲的 化學成分如下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機殼的焊接工藝，氣體保護焊適用于焊接機殼的全過程。所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，具體步驟如下(1)氣體保護焊的焊前進行如下處理清理焊件坡口及距坡口兩側30 50mm兩側范圍內的污物，將機殼各組、部預熱 100 200°C，保證預熱溫度均勻；(2)氣體保護焊的焊接過程中
層間溫度控制在300 350°C范圍內，焊接線能量控制在20 25kJ/cm，每層焊接 厚度在2 3mm范圍內；(3)氣體保護焊的焊后進行如下處理焊接收尾時，填滿弧坑，焊后進行消氫處理和消除焊接應力處理。所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，焊接機殼采取如下焊接順序(1)拼裝機殼中分面上機殼380mm厚的法蘭與密封體進行焊接，焊前預熱、對稱 施焊，焊接坡口的一半消應力處理，消應力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應力處理，組成上法
ΛΑ --，(2)拼裝機殼中分面下機殼300mm厚的法蘭與密封體進行焊接，焊前預熱、對稱 施焊，焊接坡口的一半消應力處理，消應力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應力處理，組成下法
ΛΑ --，(3)拼裝機殼中上機殼的上法蘭與外殼板、兩側端板、立柱進行焊接，焊后組成上 殼體；(4)拼裝機殼中下機殼的下法蘭與外殼板、兩側端板進行焊接，焊后組成下殼體；(5)拼裝機殼中上機殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、擋板、筋板進行焊接，上機殼 焊接完成，進行檢查合格后，消應力處理；(6)拼裝機殼中下機殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、筋板、固定板進行焊接，繼續(xù) 拼裝一、二段進風筒進行焊接，下機殼焊接完成，進行檢查合格后，消應力處理。所述步驟(1)中上法蘭與密封體之間采用不對稱焊接坡口，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機殼的焊接工藝，正面焊縫分成①、③、⑤三個區(qū)，焊縫 根部以上50mm的區(qū)域為①區(qū)，①區(qū)以上IOOmm的區(qū)域為③，③區(qū)以上IOOmm的區(qū)域為⑤區(qū)； 背面焊縫分成②、④兩個區(qū)，焊縫根部以下80mm的區(qū)域為②區(qū)，②區(qū)以下50mm的區(qū)域為④ 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)焊后進行著色檢查，檢查合格后，進行消應力處理620 640°C、5 6小時，爐冷；消應力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、 ⑤區(qū)焊后進行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進行二次消應力處理620 640°C、 5 6小時，爐冷；然后，進行消氫處理200 250°C、7 8小時，爐冷。所述步驟(2)中下法蘭與密封體之間采用不對稱焊接坡口，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機殼的焊接工藝，背面焊縫分成①、③、⑤三個區(qū)，焊縫 根部以下50mm的區(qū)域為①區(qū)，①區(qū)以下IOOmm的區(qū)域為③，③區(qū)以下50mm的區(qū)域為⑤區(qū)； 正面焊縫分成②、④兩個區(qū)，焊縫根部以上80mm的區(qū)域為②區(qū)，②區(qū)以上20mm的區(qū)域為④ 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)焊后進行著色檢查，檢查合格后，進行消應力處理620 640°C、5 6小時，爐冷；消應力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、 ⑤區(qū)焊后進行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進行二次消應力處理620 640°C、5 6小時，爐冷；然后，進行消氫處理200 250°C、7 8小時，爐冷。所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，該機殼的端板、外殼板、分流板、筋板、 檔板、固定板、支撐環(huán)、進風筒彎板、出風筒彎板，均為Q345R鋼板材料；該機殼的立柱、機殼法蘭中的推力側密封體、支撐側密封體、機殼法蘭、進風筒法 蘭、出風筒法蘭，均為16Mn材質鍛件；該機殼的出口蝸室為ZG230-450材質鑄件。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焊的一種焊接方法，氣體保護焊的焊絲不用烘 干處理，焊接過程中焊絲自動送給、不用換焊條；由于MAG熔化極氣體保護焊的熱量集中， 具有熱影響區(qū)窄、變形小、成形美觀、質量好、成本低、焊接速度快、焊接效率高等優(yōu)點，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；根據車間生產實際 情況，焊接16Mn鍛件與Q345R低合金高強鋼及ZG230-450鑄鋼蝸室組成焊接機殼，最理想 的焊接方法是MAG氣體保護焊，采用MAG氣體保護焊，不僅可以解決焊接變形、焊接效率等 問題，同時可大大縮短機殼的焊接周期，保證了離心壓縮機的質量和交貨期。2、本發(fā)明16Mn鍛件、Q345R低合金高強鋼及ZG230-450鑄件焊接機殼的成功，可 以滿足市場、用戶的需求，應用HOSMn2SiA焊接材料是實施MAG焊接方法的關鍵，將MAG焊 應用于焊接機殼的全過程，不僅保證了焊接質量同時縮短了焊接周期，不僅拓寬了風機市 場同時給社會帶了了巨大的效益。3、本發(fā)明利用國內現(xiàn)有的HOSMn2SiA低合金鋼焊絲，針對低合金高強鋼進行工藝 評定，機械性能等滿足工藝、設計要求，解決采用MAG氣體保護焊焊接材料的關鍵問題。


圖la-d為本發(fā)明上機殼示意圖；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前后對比示圖；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間曲線。圖1中，1上機殼上法蘭；2上機殼支撐環(huán)；3上機殼支撐環(huán)；4上機殼立柱；5上機 殼端板；6上機殼端板；7上機殼外殼板；8上機殼出口蝸室(上)；9上機殼分流板；10上機 殼分流板；11上機殼筋板；12上機殼筋板；13上機殼檔板；14上機殼檔板；圖2中，1'下機殼下法蘭；2'下機殼支撐環(huán)；3'下機殼支撐環(huán)；4'下機殼一段 進風筒；5'下機殼一段出風筒；6'下機殼二段進風筒；7'下機殼二段出風筒；8'下機殼端板；9'下機殼外殼板；10'下機殼出口蝸室(下)；11'下機殼分流板；12'下機殼分流 板；13'下機殼加強筋；14'下機殼加強筋；15'下機殼固定板；16'下機殼固定板；17' 下機殼固定板；18'下機殼固定板；19'下機殼固定板；20'下機殼加強筋；圖3、圖6中，21推力側密封體(上)；22支撐側密封體(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'推力側密封體(下)；22'支撐側密封體(下)；23'法蘭(下)； 24'吊柱；25'背面焊縫；26'正面焊縫；27'焊縫根部。
具體實施例方式以下結合實施例對本發(fā)明進一步的詳細說明。1、焊接機殼的結構設計如圖Ia-圖Ib所示，壓縮機的焊接機殼由上機殼、下機殼組成，其上、下機殼均為 焊接結構。MCL900上機殼由上機殼上法蘭1 ；上機殼端板5、6 ；上機殼立柱4 ；上機殼外殼 板7 ；上機殼出口蝸室(上)8 ；上機殼分流板9 ；上機殼支撐環(huán)2、3 ；上機殼分流板10 ；上機 殼筋板11、12 ；上機殼檔板13、14等部件組成，其中上法蘭厚度達380mm，機殼中最薄板為 20mm，上殼重達31. 4噸。如圖2a-圖2b所示，下機殼由下機殼下法蘭1'；下機殼端板8'；下機殼外殼板 9'；下機殼支撐環(huán)2'、3'；下機殼出口蝸室(下)10'；下機殼分流板11' >12'；下機殼 一段進風筒4'；下機殼一段出風筒5'；下機殼二段進風筒6'；下機殼二段出風筒7'； 下機殼加強筋13'、14'；下機殼固定板15'、16'、17'、18'、19'；下機殼加強筋20' 等部件組成，其中下法蘭厚度達300mm，機殼中最薄板為20mm，下殼重達37. 4噸。上機殼、下機殼組合成壓縮機焊接機殼，焊接機殼整體重量近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、出風筒 的彎板均為Q345R材質板件；本發(fā)明中，立柱、法蘭(上、下)中的推力側密封體(上、下)、支撐側密封體(上、 下)、法蘭(上、下)、一、二段進、出風筒的法蘭，均為16Mn材質鍛件；本發(fā)明中，出口蝸室(上、下)為ZG230-450材質鑄件；本發(fā)明在結構上的特點大厚鋼板與鑄件、鍛件三種材料一起焊接這是首次在焊 殼結構上應用。特別是為了提高壓縮機出口蝸室的效率，出口蝸室(上、下)也是首次采用 了內殼ZG230-450鑄件結構。在內殼鑄件上鑄出口蝸室，出口蝸室要與焊接機殼圓形截面 出風筒相吻合焊接，這是與以往焊接機殼不同的關鍵點。2、鋼材和焊材的化學成分和機械性能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。其化學成分及機械性能見表1、表2。表1 16Mn鍛件的化學成分要求
7 表2 16Mn鍛件的交貨狀態(tài)和力學性能要求 按JB/T 4730. 3標準進行超聲波探傷檢驗，且等級要求不低于III級。2) Q345R鋼板的化學成分和力學性能要求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。其化學成分及機械性能見表3、表4。表3 Q345R鋼板的化學成分要求 表4 Q345R鋼板的交貨狀態(tài)和力學性能要求 注1.板厚大于30mm，材料需進行正火處理。2.板厚大于120mm，應采用16Mn板材或16Mn、16MnD鍛件。若采用16Mn板材時， 其力學性能不得低于鋼板厚度> 100 120mm中規(guī)定的數值。3.按JB4730. 3標準進行超聲波探傷檢驗，且等級要求不低于III級。3)ZG230-450鑄件的化學成分和力學性能要求表5 ZG230-450鑄件的化學成分要求 注1.*對上限每減少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)和力學性能要求 注按GB/T 7233標準要求進行超聲波探傷檢測，結果不得低于III級。4)H08Mn2SiA焊絲的化學成分和機械性能見表7、表8。表7 H08Mn2SiA焊絲的化學成分 表8 H08Mn2SiA焊絲的機械性能 3、16Mn 鍛件及 Q345R、ZG230-450 的焊接特點ZG230-450相當20#鋼，16Mn鍛件、Q345R鋼為鐵素體+少量珠光體型低合金用鋼， 鎳在鋼中可強化鐵素體基體并細化珠光體，在提高材料強度的同時而不降低其塑性和韌 性。也就是說對相同強度的材料，如提高含鎳量，則其含碳當量可以適當降低。并且鎳還可 以降低鋼材的低溫脆性轉變溫度。由于含碳量低，其碳當量< 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，一般不需預熱。當板厚超過一定的厚度或接頭剛性拘 束較大或碳當量偏高時，應考慮預熱，但預熱溫度不要過高，否則會使熱影響區(qū)晶粒長大， 所以焊接時應控制焊接線能量和層間溫度。焊后要進行消除應力熱處理。4、焊接工藝參數氣體保護焊(MAG)焊接工藝參數，MAG熔化極氣體保護焊應用于焊接機殼的全過程。焊絲牌號=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、機殼的焊接順序合理的焊接順序對控制焊后變形，減少焊接應力，使應力合理分布，防止焊件的脆 性破壞、層狀撕裂，保證機殼工作的可靠性都是非常必要的。焊接機殼采取如下焊接順序(1)如圖3(a)_(d)所示，拼裝法蘭23、推力側密封體21、支撐側密封體22，在法蘭 23側面設有吊柱24，兩個法蘭23之間分別焊接推力側密封體21、支撐側密封體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)明采用上述設計，為了保證一側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渣，合理布置坡口角度，在保證焊槍 有足夠的擺動空間的同時盡量減小坡口角度，減少焊接填充量，減少焊接應力和變形，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、⑤三個區(qū)，焊縫
根部27以上50mm的區(qū)域為①區(qū)，①區(qū)以上IOOmm的區(qū)域為③，③區(qū)以上IOOmm的區(qū)域為⑤
區(qū)。背面焊縫分成②、④兩個區(qū)，焊縫根部27以下80mm的區(qū)域為②區(qū)(直線段)，②區(qū)以下50mm的區(qū)域為④區(qū)。焊接坡口修改前、后對比，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。上法蘭焊接前進行預熱150 200°C，焊接時要對稱施焊，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) 焊后進行著色檢查，檢查合格后，進行消應力處理(620 640°C、5 6小時，爐冷)，消應力 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)焊后進行修磨、超聲波探傷 檢查，檢查合格后立即進行二次消應力處理(620 640°C、5 6小時，爐冷)，然后進行消 氫處理(200 250°C、7 8小時，爐冷)。如圖8所示，避免裂紋所需的后熱溫度和后熱時 間在200 250°C、7 8小時內，是不會產生層狀撕裂的。同樣，如圖4(d)所示，拼裝法蘭23'、推力側密封體21'、支撐側密封體22'，在 法蘭23'側面設有吊柱24'，兩個法蘭23'之間分別焊接推力側密封體21'、支撐側密封 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、⑤三個區(qū)，焊縫 根部27 ‘以下50mm的區(qū)域為①區(qū)，①區(qū)以下IOOmm的區(qū)域為③，③區(qū)以下50mm的區(qū)域為⑤ 區(qū)。正面焊縫26'分成②、④兩個區(qū)，焊縫根部27'以上80mm的區(qū)域為②區(qū)(直線段)，② 區(qū)以上20mm的區(qū)域為④區(qū)。如圖4(d)、圖7所示，法蘭與密封體之間采用不對稱(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)明采用上述設計，為了保證一側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渣，合理布置坡口角度，在保證 焊槍有足夠的擺動空間的同時盡量減小坡口角度，減少焊接填充量，減少焊接應力和變形， 改善坡口形式避免層狀撕裂。下法蘭焊接前進行預熱150 200°C，焊接時要對稱施焊，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) 焊后進行著色檢查，檢查合格后，進行消應力處理(620 640°C、5 6小時，爐冷)，消應力 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)焊后進行修磨、超聲波探傷 檢查，檢查合格后立即進行二次消應力處理(620 640°C、5 6小時，爐冷)，然后進行消 氫處理(200 250°C、7 8小時，爐冷)。(2)以中分面的上機殼上法蘭1為基準，依次拼裝機殼中的上機殼上法蘭1與上機 殼外殼板7、兩側上機殼立柱4及上機殼兩側端板5、6，進行預熱、焊接，焊后組成上殼體；依 次拼裝機殼中的下機殼下法蘭1'與下機殼外殼板9'、下機殼兩側端板8'進行預熱、焊 接，焊后組成下殼體；經過整型、檢查合格后轉下序。(3)依次拼裝機殼中的上機殼出口蝸室(上)8 ；上機殼支撐環(huán)2、3 ；上機殼分流板 9、10 ；上機殼筋板11、12 ；上機殼擋板13、14 ；對上機殼進行焊接，上機殼焊接完成。經過整 型、檢查合格后，立即進爐消除焊接應力。以溫升速度為彡50°C /小時，爐溫不低于300°C 時進爐，達到630°C 士 10°C保溫5 6小時緩冷，冷卻速度為彡500C /小時，300°C出爐。(4)依次拼裝機殼中的下機殼出口蝸室(下)10'、下機殼支撐環(huán)2'、3'；下機殼
11分流板11' >12'；下機殼加強筋13'、14'；下機殼固定板15'、16'、17'、18'、19'；進 行焊接。繼續(xù)拼裝下機殼一段進風筒4'、下機殼一段出風筒5'、下機殼二段進風筒6'、 下機殼二段出風筒7'，進行焊接，下機殼焊接完成。經過整型、檢查合格后，立即進爐消除 焊接應力。以溫升速度為彡50°C/小時，爐溫不低于300°C時進爐，達到630°C 士 10°C保溫 5 6小時緩冷，冷卻速度為彡500C /小時，300°C出爐。6、焊接工藝要點(1)由于16Mn、Q345R屬于低碳硅錳鋼，ZG230-450相當20#鋼，可焊性是良好的。 碳當量約為0. 345 0. 491%，在焊大剛性、大厚度結構時出現(xiàn)冷裂傾向就大一些。一般在 40mm厚度鋼板焊接時，不低于0°C不預熱；0°C以下時預熱100 150°C，大于40mm均預熱 150 200°C，保證預熱溫度均勻。(2)焊件在焊接前，要認真清理坡口及距坡口兩側30 50mm兩側范圍內的油、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范圍內之內，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，利用后一道對前一道的回火處理作用以細化晶粒，同時可 消除前一道焊縫的部分缺陷，每層焊接厚度在2 3mm范圍內。(5)由于是大厚度鋼板對接(厚度在40 380mm范圍內)，為防止變形，要對稱焊。 雙面焊背面清根時，用角向砂輪機和碳弧氣刨清根。(6)中分面法蘭焊接坡口采取不對稱(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需要進爐消應力處理，上、下法蘭焊接完成需要 兩次消應力處理；爐溫不低于300°C時進爐，達到630°C 士 10°C保溫5 6小時緩冷，300°C 出爐。(8)焊接收尾時，氣體滯后停止2 3秒，充分保護熔池，必須填滿弧坑，避免弧坑 裂紋。(9)焊后盡快進爐消氫處理和消除焊接應力處理。消氫溫度200 250°，保溫 7-8小時，是不會產生層狀撕裂的。消氫后緩冷出爐，冷卻后對焊縫表面進行著色檢查，合 格后再進爐進行最終熱處理消除焊接應力，消除焊接應力的爐溫不低于30(TC時進爐，達到 6300C 士 10°C保溫5 6小時緩冷，300°C出爐，達到組織穩(wěn)定。7、檢驗機殼各組部焊接后按集團公司內部標準FB05006《離心壓縮機焊接機殼焊接技術 條件》進行檢驗，先進行外觀檢查，在外觀質量檢驗合格的基礎上進行X光射線、超聲、滲透 檢查。(1)機殼殼體的縱焊縫、環(huán)焊縫，進出風筒的縱焊縫、環(huán)焊縫，均進行100% X光射 線探傷檢查，焊縫質量符合JB4730III級。(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行100%的滲透檢測，均符 合JB4730II級，并用超聲波進行局部抽查。
8、焊接工藝評定氣體保護焊(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的對接，主要目的是焊接機殼都要靠MAG氣體保護焊來完成。試板焊后經過X光射線探傷，按JB4708-92規(guī)定焊接試件檢驗試樣，測定性能，確 認試驗記錄正確。焊接材料工藝評定機械性能試驗結果見表9。表9 HOSMn2SiA鋼板焊接工藝評定機械性能試驗結果 9、焊接應用利用上述焊接工藝，采MAG氣體保護焊，焊后沒有變形，無需整形，可一次焊接成功。實施結果表明，本申請為乙烯國產化開辟了新的坦途，裂解氣壓縮機的焊接機殼 所用的材料為16Mn鍛件與低合金高強度Q345R、ZG230-450材料。百萬噸乙烯焊接機殼不 同以往，它的特點是新、奇、特，形成了厚、寬、重的大型焊接機殼。(1)新在結構上。為了提高壓縮機出口蝸室的效率，裂解氣壓縮機高壓缸焊接機殼 出風筒按圓形截面設計。高壓缸外殼為板材焊接，內殼為鑄件，同時在內殼鑄件上鑄出口蝸 室。也就是說，出風筒要通過內殼，與內殼鑄造出來的出風筒相吻合，保證同軸、同心，這樣 就大大增加了拼裝、對中、焊接的難度。(2)奇在質量上。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，水壓試驗為MCL型機殼之最67. 5Kg，焊縫出現(xiàn)絲毫缺陷都會影 響水壓、氣壓合格，倘若在焊接處泄露，將無法修復，可見對機殼的焊接質量要求相當高。(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 接坡口為不對稱X型焊接坡口，焊接坡口最深達380mm，焊縫最寬為180mm，并保證焊透。這 些尺寸數據，都創(chuàng)下了生產之最。超大厚度的中分面法蘭與密封體焊接，增大了焊接風險， 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到4. 4米，長度達4. 9米，重量近19噸； 焊接預熱、焊后熱處理都超過了公司現(xiàn)有最大爐體的尺寸范圍。
權利要求
百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于采用氣體保護焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合金鋼焊接機殼；所采用的焊絲牌號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為焊接電流250～280A；焊接電壓28～32V；保護氣體按體積百分比，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.按照權利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于按重量百分 比計，H08Mn2SiA 焊絲的化學成分如下: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.按照權利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于氣體保護 焊適用于焊接機殼的全過程。
4.按照權利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于，具體步驟 如下(1)氣體保護焊的焊前進行如下處理清理焊件坡口及距坡口兩側30 50mm兩側范圍內的污物，將機殼各組、部預熱100 200°C，保證預熱溫度均勻；(2)氣體保護焊的焊接過程中層間溫度控制在300 350°C范圍內，焊接線能量控制在20 25kJ/cm，每層焊接厚度 在2 3mm范圍內；(3)氣體保護焊的焊后進行如下處理焊接收尾時，填滿弧坑，焊后進行消氫處理和消除焊接應力處理。
5.按照權利要求1所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于，焊接機殼 采取如下焊接順序(1)拼裝機殼中分面上機殼380mm厚的法蘭與密封體進行焊接，焊前預熱、對稱施焊， 焊接坡口的一半消應力處理，消應力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應力處理，組成上法蘭；(2)拼裝機殼中分面下機殼300mm厚的法蘭與密封體進行焊接，焊前預熱、對稱施焊， 焊接坡口的一半消應力處理，消應力回來繼續(xù)施焊，焊完最終消應力處理，組成下法蘭；(3)拼裝機殼中上機殼的上法蘭與外殼板、兩側端板、立柱進行焊接，焊后組成上殼體；(4)拼裝機殼中下機殼的下法蘭與外殼板、兩側端板進行焊接，焊后組成下殼體；(5)拼裝機殼中上機殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、擋板、筋板進行焊接，上機殼焊接 完成，進行檢查合格后，消應力處理；(6)拼裝機殼中下機殼的支撐環(huán)、分流板、出口蝸室、筋板、固定板進行焊接，繼續(xù)拼裝 一、二段進風筒進行焊接，下機殼焊接完成，進行檢查合格后，消應力處理。
6.按照權利要求5所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，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.按照權利要求6所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于，正面焊縫 分成①、③、⑤三個區(qū)，焊縫根部以上50mm的區(qū)域為①區(qū)，①區(qū)以上100mm的區(qū)域為③，③區(qū) 以上100mm的區(qū)域為⑤區(qū)；背面焊縫分成②、④兩個區(qū)，焊縫根部以下80mm的區(qū)域為②區(qū)， ②區(qū)以下50mm的區(qū)域為④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)焊后進行著色檢查，檢查合格后，進行消應力處理620 640°C、5 6小時，爐冷；消應力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、⑤區(qū)焊后進 行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進行二次消應力處理620 640°C、5 6小時， 爐冷；然后，進行消氫處理200 250°C、7 8小時，爐冷。
8.按照權利要求5所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，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.按照權利要求8所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于，背面焊縫 分成①、③、⑤三個區(qū)，焊縫根部以下50mm的區(qū)域為①區(qū)，①區(qū)以下100mm的區(qū)域為③，③區(qū) 以下50mm的區(qū)域為⑤區(qū)；正面焊縫分成②、④兩個區(qū)，焊縫根部以上80mm的區(qū)域為②區(qū)，② 區(qū)以上20mm的區(qū)域為④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)焊后進行著色檢查，檢查合格后，進行消應力處理620 640°C、5 6小時，爐冷；消應力回來后修磨、著色檢查，檢查合格后分別焊接④、⑤區(qū)，④、⑤區(qū)焊后進 行修磨、超聲波探傷檢查，檢查合格后立即進行二次消應力處理620 640°C、5 6小時， 爐冷；然后，進行消氫處理200 250°C、7 8小時，爐冷。
10.按照權利要求5所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，其特征在于，該機殼的端板、外殼板、分流板、筋板、檔板、固定板、支撐環(huán)、進風筒彎板、出風筒彎板，均為Q345R鋼板材料；該機殼的立柱、機殼法蘭中的推力側密封體、支撐側密封體、機殼法蘭、進風筒法蘭、出 風筒法蘭，均為16Mn材質鍛件；該機殼的出口蝸室為ZG230-450材質鑄件。
全文摘要
本發(fā)明涉及裝備制造業(yè)中的焊接技術，是MCL型水平剖分離心壓縮機焊接機殼的焊接專業(yè)技術，具體地說，是16Mn鍛件、Q345R、ZG230-450材料的百萬噸乙烯離心壓縮機焊接機殼的焊接工藝。采用氣體保護焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合金鋼焊接機殼；所采用的焊絲牌號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為焊接電流250～280A；焊接電壓28～32V；保護氣體按體積百分比，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，通過選擇與焊接機殼材質的化學成分相近、強度匹配的MAG氣體保護焊的焊接材料，可以保證焊縫強度。
文檔編號B23K9/32GK101890557SQ20091001167
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權日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 申請人:沈陽鼓風機集團有限公司