《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》是瀋陽鼓風機集團股份有限公司於2009年5月22日申請的發明專利，該專利的申請號為2009100116755，公布號為CN101890557A，公布日為2010年11月24日，發明人是劉冬菊、郭振霞、劉向東、王博、李品威、石陽、劉凱。
《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》是MCL型水平剖分離心壓縮機焊接機殼的焊接專業技術，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。採用氣體保護焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合金鋼焊接機殼；所採用的焊絲牌號：H08Mn2SiA；焊絲直徑：φ1.2毫米；電源極性：直流反接；包括焊前處理、焊接過程以及焊後處理，其中焊接過程工藝參數為：焊接電流250～280A；焊接電壓：28～32伏；保護氣體：按體積百分比，80％Ar和20％CO2的混合氣體；焊接速度：280～320毫米/分鐘；乾伸長：20～25毫米；氣體流量：15～20升/分鐘。該發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。
2014年11月6日，《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝
- 公布號：CN101890557A
- 公布日：2010年11月24日
- 申請號：2009100116755
- 申請日：2009年5月22日
- 申請人：瀋陽鼓風機集團股份有限公司
- 地址：遼寧省瀋陽市張士經濟技術開發區開發大路16號
- 發明人：劉冬菊、郭振霞、劉向東、王博、李品威、石陽、劉凱
- 分類號：B23K9/16（2006.01）I、B23K9/095（2006.01）I、B23K35/38（2006.01）I、B23K9/235（2006.01）I、B23K9/32（2006.01）I等
- 代理機構：瀋陽科苑專利商標代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：張志偉
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
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380毫米厚，下法蘭300毫米厚，分別與上、下密封體焊接。由於是超厚板的焊接，法蘭坡口大、焊縫深，增加了焊接、整形的難度。該結構上、下法蘭焊後如果出現裂紋和層狀撕裂將導致焊接機殼前功盡棄，焊後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。
發明內容
專利目的
《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》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。
技術方案
《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》採用氣體保護焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合金鋼焊接機殼；所採用的焊絲牌號：H08Mn2SiA；焊絲直徑：φ1.2毫米；電源極性：直流反接；包括焊前處理、焊接過程以及焊後處理，其中焊接過程工藝參數為：焊接電流250～280A；焊接電壓：28～32伏；保護氣體：按體積百分比，80％Ar和20％CO2的混合氣體；焊接速度：280～320毫米/分鐘；乾伸長：20～25毫米；氣體流量：15～20升/分鐘。
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，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：≤0.150；Cr：≤0.150；Mo：≤0.150；V：≤0.030；S：≤0.025；P：≤0.025；Al：≤0.020；Ti+Zr：≤0.150；Cu：≤0.350。
所述的百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝，氣體保護焊適用於焊接機殼的全過程。
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30～50毫米兩側範圍內的污物，將機殼各組、部預熱100～200℃，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℃範圍內，焊接線能量控制在20～25千焦/厘米，每層焊接厚度在2～3毫米範圍內；
（3）氣體保護焊的焊後進行如下處理：焊接收尾時，填滿弧坑，焊後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，焊接機殼採取如下焊接順序：
（1）拼裝機殼中分面上機殼380毫米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300毫米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，焊後組成上殼體；
（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，焊後組成下殼體；
（5）拼裝機殼中上機殼的支撐環、分流板、出口蝸室、擋板、筋板進行焊接，上機殼焊接完成，進行檢查合格後，消應力處理；
（6）拼裝機殼中下機殼的支撐環、分流板、出口蝸室、筋板、固定板進行焊接，繼續拼裝一、二段進風筒進行焊接，下機殼焊接完成，進行檢查合格後，消應力處理。
所述步驟（1）中：上法蘭與密封體之間採用不對稱焊接坡口，上法蘭厚度380毫米，正面焊縫深度為250毫米，背面焊縫深度為130毫米，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，焊縫根部以上50毫米的區域為①區，①區以上100毫米的區域為③，③區以上100毫米的區域為⑤區；背面焊縫分成②、④兩個區，焊縫根部以下80毫米的區域為②區，②區以下50毫米的區域為④區；
先焊①區，①區焊後背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區，②區焊後焊接③區，①～③區焊後進行著色檢查，檢查合格後，進行消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；消應力回來後修磨、著色檢查，檢查合格後分別焊接④、⑤區，④、⑤區焊後進行修磨、超音波探傷檢查，檢查合格後立即進行二次消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；然後，進行消氫處理：200～250℃、7～8小時，爐冷。
所述步驟（2）中：下法蘭與密封體之間採用不對稱焊接坡口，正面焊縫深度為100毫米，背面焊縫深度為200毫米，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，焊縫根部以下50毫米的區域為①區，①區以下100毫米的區域為③，③區以下50毫米的區域為⑤區；正面焊縫分成②、④兩個區，焊縫根部以上80毫米的區域為②區，②區以上20毫米的區域為④區；
先焊①區，①區焊後背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區，②區焊後焊接③區，①～③區焊後進行著色檢查，檢查合格後，進行消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；消應力回來後修磨、著色檢查，檢查合格後分別焊接④、⑤區，④、⑤區焊後進行修磨、超音波探傷檢查，檢查合格後立即進行二次消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；然後，進行消氫處理：200～250℃、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、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。
有益效果
1、《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》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乾處理，焊接過程中焊絲自動送給、不用換焊條；由於MAG熔化極氣體保護焊的熱量集中，具有熱影響區窄、變形小、成形美觀、質量好、成本低、焊接速度快、焊接效率高等優點，焊接效率是手工電弧焊的5～6倍；而且，焊後不需清渣、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，採用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、該發明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，套用H08Mn2SiA焊接材料是實施MAG焊接方法的關鍵，將MAG焊套用於焊接機殼的全過程，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來一定的效益。
3、該發明利用中國國內2009年5月前已有的H08Mn2SiA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，解決採用MAG氣體保護焊焊接材料的關鍵問題。
附圖說明
圖1a-d為該發明上機殼示意圖；其中，圖1a為主視圖；圖1b為A向視圖；圖1c為B-B視圖；圖1d為E-E視圖。
圖2a-b為該發明下機殼示意圖；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後對比示圖；其中，（a）為改前；（b）為改後。
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為避免裂紋所需的後熱溫度和後熱時間曲線。
圖1中，1上機殼上法蘭；2上機殼支撐環；3上機殼支撐環；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；3′下機殼支撐環；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。
技術領域
《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》涉及裝備製造業中的焊接技術，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。
權利要求
1.《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》其特徵在於：採用氣體保護焊，焊接16Mn鍛件、Q345R低合金鋼焊接機殼；所採用的焊絲牌號：H08Mn2SiA；焊絲直徑：φ1.2毫米；電源極性：直流反接；包括焊前處理、焊接過程以及焊後處理，其中焊接過程工藝參數為：焊接電流250～280A；焊接電壓：28～32伏；保護氣體：按體積百分比，80％Ar和20％CO2的混合氣體；焊接速度：280～320毫米/分鐘；乾伸長：20～25毫米；氣體流量：15～20升/分鐘；其焊接機殼採取如下焊接順序：
（1）拼裝機殼中分面上機殼380毫米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300毫米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，焊後組成上殼體；
（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，焊後組成下殼體；
（5）拼裝機殼中上機殼的支撐環、分流板、出口蝸室、擋板、筋板進行焊接，上機殼焊接完成，進行檢查合格後，消應力處理；
（6）拼裝機殼中下機殼的支撐環、分流板、出口蝸室、筋板、固定板進行焊接，繼續拼裝一、二段進風筒進行焊接，下機殼焊接完成，進行檢查合格後，消應力處理；
所述步驟（1）中：上法蘭與密封體之間採用不對稱焊接坡口，上法蘭厚度380毫米，正面焊縫深度為250毫米，背面焊縫深度為130毫米，正面焊縫與背面焊縫之間為焊縫根部；所述正面焊縫分成①、③、⑤三個區，焊縫根部以上50毫米的區域為①區，①區以上100毫米的區域為③，③區以上100毫米的區域為⑤區；背面焊縫分成②、④兩個區，焊縫根部以下80毫米的區域為②區，②區以下50毫米的區域為④區；先焊①區，①區焊後背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區，②區焊後焊接③區，①～③區焊後進行著色檢查，檢查合格後，進行消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；消應力回來後修磨、著色檢查，檢查合格後分別焊接④、⑤區，④、⑤區焊後進行修磨、超音波探傷檢查，檢查合格後立即進行二次消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；然後，進行消氫處理：200～250℃、7～8小時，爐冷。
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，其特徵在於按重量百分比計，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：≤0.150；Cr：≤0.150；Mo：≤0.150；V：≤0.030；S：≤0.025；P：≤0.025；Al：≤0.020；Ti+Zr：≤0.150；Cu：≤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，其特徵在於：氣體保護焊適用於焊接機殼的全過程。
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，其特徵在於，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30～50毫米兩側範圍內的污物，將機殼各組、部預熱100～200℃，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℃範圍內，焊接線能量控制在20～25千焦/厘米，每層焊接厚度在2～3毫米範圍內；
（3）氣體保護焊的焊後進行如下處理：焊接收尾時，填滿弧坑，焊後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，其特徵在於，所述步驟（2）中：下法蘭與密封體之間採用不對稱焊接坡口，正面焊縫深度為100毫米，背面焊縫深度為200毫米，正面焊縫與背面焊縫之間為焊縫根部。
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，其特徵在於，背面焊縫分成①、③、⑤三個區，焊縫根部以下50毫米的區域為①區，①區以下100毫米的區域為③，③區以下50毫米的區域為⑤區；正面焊縫分成②、④兩個區，焊縫根部以上80毫米的區域為②區，②區以上20毫米的區域為④區；先焊①區，①區焊後背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區，②區焊後焊接③區，①～③區焊後進行著色檢查，檢查合格後，進行消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；消應力回來後修磨、著色檢查，檢查合格後分別焊接④、⑤區，④、⑤區焊後進行修磨、超音波探傷檢查，檢查合格後立即進行二次消應力處理：620～640℃、5～6小時，爐冷；然後，進行消氫處理：200～250℃、7～8小時，爐冷。
7.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，其特徵在於，該機殼的端板、外殼板、分流板、筋板、檔板、固定板、支撐環、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。
實施方式
1、焊接機殼的結構設計
如圖1a-圖1b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380毫米，機殼中最薄板為20毫米，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300毫米，機殼中最薄板為20毫米，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2009年5月前已有技術不同的是：該發明中，端板、外殼板、分流板、筋板、檔板、固定板、支撐環、一、二段進、出風筒的彎板均為Q345R材質板件；該發明中，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；該發明中，出口蝸室（上、下）為ZG230-450材質鑄件；該發明在結構上的特點：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套用。特別是為了提高壓縮機出口蝸室的效率，出口蝸室（上、下）也是首次採用了內殼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。
化學成分％ | |||||||
C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | Cu |
0.13〜7.19 | 0.20〜0.60 | 1.20〜1.60 | ≤0.030 | ≤0.020 | ≤0.30 | ≤0.30 | ≤0.25 |
牌號 | 交貨狀態 | 拉伸試驗 | 衝擊試驗 | |||
Rm/兆帕 | Rel/兆帕 | A% | 實驗溫度 | Akv（J） | ||
≥ | ||||||
16Mn | 正火+冋火 | 450-600 | 275 | 20 | 0 | 31 |
按JB/T4730.3標準進行超音波探傷檢驗，且等級要求不低於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。
化學成分％ | |||||
C | Si | Mn | P | S | Als |
≤0.20 | 0.20～0.55 | 1.20～1.60 | ≤0.030 | ≤0.020 | ≥0.015 |
牌號 | 交貨 狀態 | 鋼板厚度 /毫米 | 拉伸試驗 | 衝擊試驗 | |||
抗拉順 Rm（兆帕） | 屈服點 Rel（兆帕） | 伸長率A（%） | ℃ | Akv（橫向）焦耳 | |||
Q345R | 熱軋或 正火 | 6〜16 | 510〜640 | ≥345 | ≥21 | 0 | ≥31 |
>16〜36 | 490〜620 | ≥325 | ≥21 | 0 | ≥31 | ||
>36〜60 | 470〜600 | ≥305 | ≥21 | 0 | ≥31 | ||
>60〜100 | 460—590 | ≥285 | ≥20 | 0 | ≥31 | ||
>100〜120 | 450〜580 | ≥275 | ≥20 | 0 | ≥31 | ||
註：1.板厚大於30毫米，材料需進行正火處理。
2.板厚大於120毫米，應採用16Mn板材或16Mn、16MnD鍛件。若採用16Mn板材時，其力學性能不得低於鋼板厚度＞100～120毫米中規定的數值。
3.按JB4730.3標準進行超音波探傷檢驗，且等級要求不低於III級。
3）ZG230-450鑄件的化學成分和力學性能要求
化學成分（%） | ||||
C* | Si | Mn* | P | S |
≤0.30 | ≤0.50 | ≤0.90 | ≤0.040 | ≤0.040 |
註：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.殘餘元素Ni≤0.30％，Cr≤0.35％，Cu≤0.30％，Mo≤0.20％，V≤0.05％，殘餘元素總和≤1.00％。 | ||||
牌號 | 交貨狀態 | 室溫下呻力學性能 | ||||
抗拉強度 | 屈服點 | 伸長率 | 收縮率 | 衝擊功 Akv焦耳 | ||
兆帕 | % | |||||
ZG23CH50 | 正火 | ≥450 | ≥230 | ≥22 | ≥32 | ≥25 |
註：按GB/T7233標準要求進行超音波探傷檢測，結果不得低於III級。 | ||||||
4）H08Mn2SiA焊絲的化學成分和機械性能見表7、表8。
C | Si | Mn | S | P | Cr | Ni | Mo | V | Al | Ti+Zr | Cu | |
標準值 | 0.060-0.140 | 0.800-1.00 | 1.400-1.600 | ≤0.025 | ≤0.025 | ≤0.150 | ≤0.150 | ≤0.150 | ≤0.030 | ≤0.020 | ≤0.150 | ≤0.350 |
實測值 | 0.072 | 0.87 | 1.48 | 0.017 | 0.012 | 0.011 | 0.008 | 0.007 | 0.002 | 0.007 | 0.004 | 0.113 |
項目 | 標準要求 | 實測值 | 項目 | 標準要求 | 實測值 | |
抗拉強度Rm（兆帕） | 520〜640 | 545 | 焊縫射線探傷 | II | I | |
屈服強度Rp0.2（兆帕） | ≥420 | 440 | ||||
伸長率A（%） | ≥22 | 30 | ||||
V型缺口衝擊試驗 | 試驗溫度（℃） | -40 | -40 | |||
衝擊吸收功Akv（焦耳） | ≥47 | 68、72、75 | ||||
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並細化珠光體，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。並且鎳還可以降低鋼材的低溫脆性轉變溫度。由於含碳量低，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，否則會使熱影響區晶粒長大，所以焊接時應控制焊接線能量和層間溫度。焊後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熔化極氣體保護焊套用於焊接機殼的全過程。
焊絲牌號：H08Mn2SiA；焊絲直徑：φ1.2毫米；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：280～320毫米/毫米；乾伸長：20～25毫米；氣體流量：15～20升/分鐘。
5、機殼的焊接順序
合理的焊接順序對控制焊後變形，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。焊接機殼採取如下焊接順序：
（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，法蘭與密封體之間採用不對稱（不等分X形）焊接坡口（焊縫），正面焊縫25深度為250毫米，背面焊縫26深度為130毫米，正面焊縫25與背面焊縫26之間為焊縫根部27。該發明採用上述設計，為了保證一側焊後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儘量減小坡口角度，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380毫米，正面焊縫25分成①、③、⑤三個區，焊縫根部27以上50毫米的區域為①區，①區以上100毫米的區域為③，③區以上100毫米的區域為⑤區。背面焊縫分成②、④兩個區，焊縫根部27以下80毫米的區域為②區（直線段），②區以下50毫米的區域為④區。
焊接坡口修改前、後對比，詳見圖3（d）和圖5所示，修改後的背面焊縫26深度由100毫米改為130毫米，直線段（②區）高度由50毫米改為80毫米，在背面焊縫根部27增加了圓角R20，整體380毫米尺寸不變，坡口寬度得到減小。
上法蘭焊接前進行預熱150～200℃，焊接時要對稱施焊，先焊圖6中①區，①區焊後背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區，②區焊後焊接③區，①～③區焊後進行著色檢查，檢查合格後，進行消應力處理（620～640℃、5～6小時，爐冷），消應力回來後修磨、著色檢查，檢查合格後分別焊接④、⑤區，④、⑤區焊後進行修磨、超音波探傷檢查，檢查合格後立即進行二次消應力處理（620～640℃、5～6小時，爐冷），然後進行消氫處理（200～250℃、7～8小時，爐冷）。如圖8所示，避免裂紋所需的後熱溫度和後熱時間在200～250℃、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300毫米，背面焊縫25′分成①、③、⑤三個區，焊縫根部27′以下50毫米的區域為①區，①區以下100毫米的區域為③，③區以下50毫米的區域為⑤區。正面焊縫26′分成②、④兩個區，焊縫根部27′以上80毫米的區域為②區（直線段），②區以上20毫米的區域為④區。
如圖4（d）、圖7所示，法蘭與密封體之間採用不對稱（不等分X形）焊接坡口（焊縫），正面焊縫26′深度為100毫米，背面焊縫25′深度為200毫米，正面焊縫26′與背面焊縫25′之間為焊縫根部27′。該發明採用上述設計，為了保證一側焊後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儘量減小坡口角度，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℃，焊接時要對稱施焊，先焊圖7中①區，①區焊後背面用碳弧氣刨清理焊根，清理露出金屬本色，焊接②區，②區焊後焊接③區，①～③區焊後進行著色檢查，檢查合格後，進行消應力處理（620～640℃、5～6小時，爐冷），消應力回來後修磨、著色檢查，檢查合格後分別焊接④、⑤區，④、⑤區焊後進行修磨、超音波探傷檢查，檢查合格後立即進行二次消應力處理（620～640℃、5～6小時，爐冷），然後進行消氫處理（200～250℃、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，焊後組成上殼體；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，焊後組成下殼體；經過整型、檢查合格後轉下序。
（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、檢查合格後，立即進爐消除焊接應力。以溫升速度為≤50℃/小時，爐溫不低於300℃時進爐，達到630℃±10℃保溫5～6小時緩冷，冷卻速度為≤50℃/小時，300℃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2′、3′；下機殼分流板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、檢查合格後，立即進爐消除焊接應力。以溫升速度為≤50℃/小時，爐溫不低於300℃時進爐，達到630℃±10℃保溫5～6小時緩冷，冷卻速度為≤50℃/小時，300℃出爐。
6、焊接工藝要點
（1）由於16Mn、Q345R屬於低碳矽錳鋼，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、大厚度結構時出現冷裂傾向就大一些。一般在40毫米厚度鋼板焊接時，不低於0℃不預熱；0℃以下時預熱100～150℃，大於40毫米均預熱150～200℃，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30～50毫米兩側範圍內的油、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℃範圍內之內，注意層間必須清理乾淨後，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25千焦/厘米以下，儘量採用多層多道焊，焊道要薄，利用後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2～3毫米範圍內。
（5）由於是大厚度鋼板對接（厚度在40～380毫米範圍內），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採取不對稱（不等分）焊接坡口見圖6、圖7，主要考慮焊後碳弧氣刨清理焊根，防止焊後變形。
（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；爐溫不低於300℃時進爐，達到630℃±10℃保溫5～6小時緩冷，300℃出爐。
（8）焊接收尾時，氣體滯後停止2～3秒，充分保護熔池，必須填滿弧坑，避免弧坑裂紋。
（9）焊後儘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。消氫後緩冷出爐，冷卻後對焊縫表面進行著色檢查，合格後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於300℃時進爐，達到630℃±10℃保溫5～6小時緩冷，300℃出爐，達到組織穩定。
7、檢驗
機殼各組部焊接後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、環焊縫，進出風筒的縱焊縫、環焊縫，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、端板與外殼板連線的焊縫；中分面法蘭與軸端密封體與軸端密封體端板連線的焊縫及各部件之間連線的角焊縫均進行100％的滲透檢測，均符合JB4730II級，並用超音波進行局部抽查。
8、焊接工藝評定
氣體保護焊（MAG）採用H08Mn2SiA、焊絲，試件板厚40毫米的單面V形60°坡口，間隙3毫米，鈍邊2毫米的對接，主要目的是焊接機殼都要靠MAG氣體保護焊來完成。
試板焊後經過X光射線探傷，按JB4708-92規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。
焊接 方法 | 焊接材料 | 抗拉 強度 σb/ 兆帕 | 屈服 強度 σs/兆帕 | 彎曲試驗 彎軸直徑30毫米 | 衝擊試驗 | |||
類型 | 角度 | 誦僉結果 | 缺口位置缺口V型 | 室溫衝擊功/焦耳 | ||||
MAG | HO8Mn2SiA | 510 | 365 | 側彎 | 180 | 100%合格 | 焊縫 | 180 |
MAG | HO8Mn2SiA | 510 | 360 | 側彎 | 180 | ]00%合格 | 焊縫 | 186 |
MAG | H08Mn2SiA | - | - | 側彎 | 180 | 100%合格 | 焊縫 | 190 |
MAG | H08Mn2SiA | - | - | 側彎 | 180 | 100%合格 | 熱影響區 | 190 |
MAG | HO8Mn3SiA | - | - | - | - | - | 熱影響區 | 192 |
MAG | HO8Mn2SiA | - | - | - | - | - | 熱影響區 | 190 |
9、焊接套用
利用上述焊接工藝，采MAG氣體保護焊，焊後沒有變形，無需整形，可一次焊接成功。
實施結果表明，該申請為乙烯國產化開闢了新的坦途，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後，將要在中分面法蘭上通過焊縫鑽的螺栓把合孔，水壓試驗為MCL型機殼之最67.5千克，焊縫出現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380毫米，下法蘭最大厚度為300毫米；焊接坡口為不對稱X型焊接坡口，焊接坡口最深達380毫米，焊縫最寬為180毫米，並保證焊透。這些尺寸數據，都創下了生產之最。超大厚度的中分面法蘭與密封體焊接，增大了焊接風險，一旦出現焊後裂紋、發生層狀撕裂和變形，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後形成的上、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、焊後熱處理都超過了公司2009年5月前已有最大爐體的尺寸範圍。
榮譽表彰
2014年11月6日，《百萬噸乙烯壓縮機機殼的焊接工藝》獲得第十六屆中國專利優秀獎。
