曹忠玉,郭 吉,劉 凱
(寧夏英力特化工股份有限公司,寧廈 石嘴山753202)
PVC聚合釜在生產(chǎn)過(guò)程中由于緊急停車(chē)等原因,易發(fā)生釜內(nèi)粘料淤積,致使聚合釜攪拌葉超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生斷裂性裂紋。在更換備用攪拌葉的同時(shí)需將有裂紋攪拌葉進(jìn)行修復(fù)。
采用焊接方法進(jìn)行攪拌葉修復(fù)時(shí),通過(guò)正確選擇焊材、合理設(shè)計(jì)坡口、優(yōu)化焊接工藝等,確保了聚合釜攪拌葉修復(fù)后達(dá)到使用要求。
聚合釜攪拌葉隨聚合釜傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng),使釜內(nèi)物料強(qiáng)烈的流動(dòng),充分混合,提高傳熱、傳質(zhì)效率,實(shí)現(xiàn)有效的化學(xué)反應(yīng)。PVC聚合釜攪拌葉常選用后掠式三葉攪拌,也是目前大型聚合釜選用較多的一種攪拌方式。
在攪拌過(guò)程中,受力點(diǎn)主要集中在攪拌葉與根部連接處附近,常見(jiàn)裂紋主要是豎向的。
1.2.1 焊接工藝要求
(1)攪拌器的靜平衡是聚合釜技術(shù)關(guān)鍵,攪拌葉焊接修復(fù)時(shí)保證葉片不發(fā)生變形,以免影響攪拌器的靜平衡精度。
(2)攪拌葉焊后表面要求具有一定光潔度,防止攪拌葉粘接物料。
(3)焊縫具有原來(lái)材質(zhì)的耐蝕性。
1.2.2 修復(fù)后力學(xué)性能要求
根據(jù)攪拌器的工作特性,選用的焊條應(yīng)能保證堆焊部位的力學(xué)性能等同于母材的性能。攪拌葉焊接修復(fù)后,能保持原有的強(qiáng)度和剛度,保證在運(yùn)行時(shí)不發(fā)生變形。
PVC聚合釜攪拌葉選用022Cr17Ni12Mo2不銹鋼屬于奧氏體不銹鋼,其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。
022Cr17Ni12Mo2不銹鋼具有較好的韌性和塑性,無(wú)淬硬傾向。材料熱敏感性較強(qiáng),在450~850℃溫區(qū)內(nèi)停留時(shí)間稍長(zhǎng),尤其是采用高熱輸入焊接時(shí),熔焊過(guò)程中在焊縫金屬和熱影響區(qū)內(nèi)發(fā)生組織和性能的變化,并由此引起接頭耐蝕性的下降和熱裂紋傾向,容易發(fā)生熱裂紋。而且,如果保護(hù)措施不到位或不良,高溫氧化嚴(yán)重;線膨脹系數(shù)大,易產(chǎn)生較大的焊接變形。
表1 022Cr17Ni12Mo2奧氏體不銹鋼化學(xué)成分
因此,合理設(shè)計(jì)焊接接頭是關(guān)鍵,正確掌握焊接方法,采用合理的焊接工藝,選用熱源集中的焊接方法、小線能量以及快速冷卻等措施,減少碳化物析出和避免接頭組織過(guò)熱。
022Cr17Ni12Mo2不銹鋼電弧焊工藝主要包括焊前準(zhǔn)備、焊條選擇、焊接參數(shù)的確定和焊接接頭的檢查等。
(1)焊縫的切割坡口制備
設(shè)計(jì)奧氏體不銹鋼焊接的坡口時(shí),應(yīng)盡量縮小焊縫的橫截面,以減小焊接收縮變形。板厚大于3 mm時(shí)對(duì)接接頭需要開(kāi)V型坡口,在保證焊縫根部焊透的情況下,坡口應(yīng)盡量縮小,通常不應(yīng)超過(guò)70°。當(dāng)焊件厚度大于20 mm時(shí),最好選用U型坡口。
(2)焊前清理
必須清除可能使焊縫金屬增碳的各種污染,焊接坡口和焊接區(qū)焊前應(yīng)用丙酮或酒精除油和去水,清渣和除銹應(yīng)用砂輪、不銹鋼鋼絲刷等。不得用碳鋼鋼絲刷清理坡口和焊縫表面。
(3)焊條的選擇和預(yù)處理
焊接修復(fù)攪拌葉,不僅要保證焊接接頭的強(qiáng)度和耐蝕性等同于母材,而且要確保焊縫金屬內(nèi)不產(chǎn)生任何裂紋之類的缺陷。這就要求焊縫金屬的合金成分與母材相匹配,其主要合金元素含量應(yīng)等于或略高于母材標(biāo)準(zhǔn)成分規(guī)定的平均含量。對(duì)于立焊和仰焊位置應(yīng)采用氧化鈣型藥皮焊條,其熔渣凝固較快,對(duì)熔化的焊縫金屬可起到一定的支托作用。
結(jié)合現(xiàn)有市面上的幾種不銹鋼焊條,最終選用了E308MoL鈦鈣型藥皮的超低碳Cr-Ni-Mo合金系不銹鋼焊條。這種焊條在E308不銹鋼焊條的基礎(chǔ)上加入了2.0%~3.0%的鉬,同時(shí)將焊縫金屬的含碳量限制在0.04%以下,焊后金屬具有更高的耐蝕性和抗裂性。
(4)焊接參數(shù)的選擇
焊接修復(fù)選用手工電弧焊,采用直流反接。由于不銹鋼電阻值較大,靠近夾持端的一段焊條容易受電阻熱的作用而發(fā)紅,在焊至后半段焊條時(shí)應(yīng)加快熔化速度,使焊縫熔深減少,但熔化速度太快又會(huì)造成未熔合和熔渣等缺陷。從保證接頭的耐腐蝕性考慮,也要求選用較小的焊接電流,減少焊接熱輸入量,防止焊接熱影響區(qū)的過(guò)熱。
3.1.1 材料準(zhǔn)備
ZX7-400T手工直流電弧焊機(jī)一臺(tái),E308MoL型Φ3.2 mm焊條若干,焊前將焊條在200℃烘干箱中烘干2 h,放在保溫桶中。
3.1.2 焊接坡口準(zhǔn)備
對(duì)攪拌葉裂紋部位用砂輪機(jī)打磨至裂紋底部,修理成V型坡口,坡口角度在60°~70°。
3.1.3 坡口清理
用丙酮清洗坡口及焊接區(qū)除去油污及水分,使用手持式砂輪機(jī)清理坡口和焊縫表面。
采用手工電弧焊,電焊機(jī)直流反接,使用試板施焊,調(diào)節(jié)焊接電流90~100 A。焊接時(shí)采用斷弧弧焊,立焊位,焊接層數(shù)為兩層,第一層焊接結(jié)束后冷卻至60℃以下時(shí)再進(jìn)行蓋面焊接,蓋面時(shí)焊縫余高控制在2 mm內(nèi)。
焊縫冷卻后用砂輪打磨焊縫表面,使焊接表面平滑過(guò)渡并具有一定的光潔度,避免自聚物在此粘接。
安裝結(jié)束后,使用百分表檢查,攪拌器靜平衡在設(shè)計(jì)精度范圍內(nèi),滿足工藝使用要求。
通過(guò)正確選擇焊材、合理設(shè)計(jì)坡口形狀以及優(yōu)化焊接工藝,有效的解決了聚合釜攪拌葉裂紋焊接修復(fù)時(shí)出現(xiàn)的各種缺陷,焊接修復(fù)后各項(xiàng)性能滿足工藝使用要求。聚合釜攪拌葉裂紋的焊接修復(fù),為公司節(jié)約了維修成本,使生產(chǎn)盡快得到恢復(fù)。聚合釜使用幾年來(lái),運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),焊接過(guò)的攪拌葉未發(fā)生變形和腐蝕。