1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

有色金属冶炼设备内搪铅工艺及装备研究

文献综述

#140; 搪铅工艺概述：

搪铅定义

简单讲，采用乙炔焰将铅条熔融后贴覆在被衬的物件或设备表面上形成具有一定厚度的密实的铅层，这种防腐手段称为搪铅。

搪铅作用

广泛应用于化肥、农药、化学制酸、稀土、焦土等行业的化工设备、管道，不但承受压力，而且盛装介质大多具有较强的腐蚀性，一旦发生破坏和泄露，往往导致灾难性的事故，因此，为了提高化工设备、管道的使用寿命，降低盛装介质的腐蚀速率，有必要在其防腐蚀工程中采用衬铅或搪铅的施工工艺技术[1]。

搪铅与衬铅

衬铅：主要用于稀硫酸和硫酸盐介质中。适用于正压、静负荷、工作温度小于90度的情况。小型的设备用起吊工具可以转动或放在托轮上，能转动的设备应采用转动衬铅、搪铅铆钉固定法。大型钢体设备及混凝土层上的衬铅是无法转动的，必须要考虑好展料、焊接、固定等问题。

衬铅与搪铅比较：　在石油化工防腐蚀的应用中，在下述条件下，用搪铅代替衬铅，可以获得较好的效果。

　　1.受负压的设备；

　　2.受振动的轴和叶轮；

　　3.耐腐蚀层需要传热；

4.温度较高或温度变化比较频繁的设备。

工艺过程

搪铅的大致施工工艺过程如下：

检查设备→表面处理→配制焊药→搪铅→检查质量→交工[1]

具体步骤如下：

一、搪铅施工工艺

1、对搪铅部位进行打磨除锈处理，保证表面无异物，满足搪铅工艺要求；

2、在搪铅部位表面涂抹释剂：氯化亚锡、氯化锌、水按1：1：6的比例进行调兑，并搅拌均匀；

3、使用气焊将焊条将铅条融化后，在表面进行搪铅操作。

4、保证施工操作小心谨慎，轻拿轻放，保证设备的完好。

二、搪铅前除锈要求：

表面处理的内容：除油、除污、除锈。

表面处理的方法：[6]

a. 除油污：使用发挥性较强的有机溶剂清洗。如四氯化碳、工业乙醇和苯等。

b. 除锈：采用喷砂式或喷丸机除锈。这种方法是利用压缩空气的压力带动砂粒或钢丸冲击钢铁表面。不仅能除掉浮绣。比较坚硬的氧化层也能除掉，并且在钢铁表面产生良好的粗糙面。不便于喷砂除锈操作处，可采用酸洗膏或酸洗液处理。

铅层检测

1、外观检查:用目测或5-10倍的放大镜检查表面无裂纹、缩孔、夹渣等缺陷为合格；

2、厚度检查:可采用磁性厚度测量仪进行，如设计对厚度偏差无规定时，其厚度允许偏差应为0-5%。不同部位均应测量的检测点应不少于3点；

3、剖割检查:在搪铅表面选定2-3处，用扁铲把搪铅层铲掉，检查厚度和结合情况，厚度必须符合设计要求，结合层无气孔、夹渣为合格；

4、搪铅层表面微孔检查，应按下列方法进行:在搪铅层表面上，均匀涂抹20%的硫酸，放置48h，检查无腐蚀点为合格；

5、 特殊重要的设备，可用超声波探伤器[4]进行检查，以确定搪铅层与设备本体是否结合紧密。

#141; 选择金属铅的理由：

化学性质

铅在稀硫酸等介质中具有很高的稳定性，并且熔点低，具有良好的焊接、铸造、锻压等工艺性能和很强的阻挡各种射线的能力。

物理性能	密度	熔点	沸点	硬度	伸长率
数值	11.34 g/cm3	327.4℃	1620℃	4-4.2 HBS	45-50%

表1-1 常温下铅的物理性能表
　　查化学元素周期表，比较惰性金属（Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au），其中H₂和Hg在常温下都不是固态，而Ag、Pt、Au的价格偏高，性价比并不理想，相比之下，铅的化学性质稳定，常温下，在无机酸中，特别是在稀硫酸中，具有良好的耐腐蚀性能，同时经济性能更佳。

耐腐蚀性
　　铅在中性介质中生成的产物一般为碳酸铅和氧化铅，这两种化合物的溶解度都很小，所以铅在中性介质中耐腐蚀性能很好。
　　铅在苛性碱溶液中溶解而生成铅酸盐和亚铅酸盐，固它在苛性碱溶液中不耐腐蚀。
　　铅在二氧化硫气体中，即使温度很高，也很稳定。
　　常温下，10%以下的盐酸对铅腐蚀性不大，但随着盐酸的浓度增大和温度升高，腐蚀速度也加快。
　　铅在铬酸、亚硫酸及磷酸中的耐腐蚀性能良好。当在硫酸、硝酸及水的混合溶液中，水分含量不大于25%时，铅的耐腐蚀性能也很好。

#142; 铅对人体的危害：

侵入途径

铅及其化合物的侵入途径，主要是呼吸道，其次是消化道，完好的皮肤一般不吸收。

l 呼吸道：通常以蒸气、烟及粉尘形态进入，其吸入的铅量，随着尘粒的大小而有差异，如尘粒在0.27micro;m时吸入率达54%。一般说，吸入的铅大部分仍随呼气排出，仅35%~50%吸收人体内。

l 消化道：主要来自铅作业场所进食、饮水[7]。

毒性危害

铅对人体各个部位均有毒性作用，简单地讲，铅的毒性作用是：铅可以造成血红素的合成障碍，从而引起贫血；还可致血管的痉挛，并引起铅中毒的一些明显症状，如腹绞痛、中毒性脑病、神经麻痹等。腹绞痛进可伴有视网膜小动脉痉挛和高血压，患有面色苍白，即所谓”铅容”，这是皮肤血管收缩所致。铅中毒性脑病是一种高血压病，是脑血管痉挛、脑盆血、脑水肿等引起的。铅中毒后最常见的症状是神经衰弱、肠胃的消化不良，还可发生麻痹和中毒性脑病，如短时间接触高浓度铅可引起剧烈的腹绞痛和中毒肝炎。

#143; 自动化要求：

研究必要性

由于搪铅结构的传热性能远胜于衬铅结构，所以极适用于要求耐腐蚀的传热设备。不过，搪铅的施工远比衬铅复杂，大型容器的搪铅，目前还只有铅焊条堆焊的方法比较可靠，而这一方法还存在以下缺点：（1）在焊接过程中，由于温度较高，焊剂的分解会产生大量的有毒蒸气，焊接环境较差；（2）施工速度较慢，每个熟练的焊接工，每小时只能搪铅0.1-0.15m²；（3）焊接温度较高，容易引起设备变形，尤其是较大的设备和顶底盖[2]；（4）搪铅时，只能作平焊和30#176;以下的坡焊，30#176;以上的坡焊就很难施工等[3]。所以搪铅只宜于衬铅不能满足工艺要求的情况，还有待研究和改进。

另外，如前节所述，由于铅的对人体的危害性，要求企业在进行相关作业时必须做到优防优护，但通过对国内外企业调查结果显示，出于成本等因素考虑，行业内对手工操作搪铅工人的防护措施比较简单，效果并不显著，同时即使加上工人个人防护也不能避免所有危害。因此，很多企业难以招到技术娴熟的工人，甚至还要花时间和资金去培训，这就使得企业投资量变大，产品生产周期变长，大大影响了企业效益，对行业前景很不利。相应地，自动化搪铅设备操作简单、可靠性高、成本低廉、符合工艺要求。

综以上论点，研究本课题的重要性也就不言而喻。

国内现状

资料显示，江苏省南通农业药械厂自行设计制成了我国手动喷雾器生产中第一条用机械手搪铅的自动生产线。自83年11月投入运行以来，一直使用正常，从而摆脱了在搪铅工序中长期和铅尘直接接触、受铅蒸汽污染的局面。同时受到良好的经济效益[8]。

自动焊接

一、自动焊接技术：

现代自动化技术主要依靠计算机控制技术来实现。焊接生产自动化是焊接结构生产技术发展的方向。现代焊接自动化技术将在高性能的微机波控焊接电源基础上发展智能化焊接设备，在现有的焊接机器人基础上发展柔性焊接工作站和焊接生产线，最终实现焊接计算机集成制造系统CIMS。

当前国内大型浮顶储罐焊接工艺广泛采用自动焊接技术,既罐壁纵缝采用立式二氧化碳保护焊,罐壁环缝采用埋弧自动横焊,罐底搭接角焊和大角焊缝采用埋弧自动平焊[10]。

二、自动焊接设备：

根据自动化程度，自动化焊接设备可分为以下三类：

1、 刚性自动化焊接设备

其大多数是按照开环控制的原理设计的。虽然整个焊接过程由焊接设备自动完成，但对焊接过程中焊接参数的波动不能进行闭环的反馈系统，不能随机纠正可能出现的偏差。

2、 自适应控制自动化焊接设备

自适应控制的焊接设备是一种自动化程度较高的焊接设备，它配用传感器和电子检测线路，对焊缝轨迹自动导向和跟踪，并对主要的焊接参数进行实行闭环的反馈控制。整个焊接过程将按预先设定的程序和工艺参数自动完成。

3、 智能化自动焊接设备

它利用各种高级的传感元件，如视觉传感器，触觉传感器，听觉传感器和激光扫描器等，并借助计算机软件系统，数据库和专家系统具有识别、判断、实时检测，运算、自动编程、焊接参数存储和自动生成焊接记录文件的功能。

自动化焊接设备的构成

1、焊接电源，其输出功率和焊接特性应与拟用的焊接工艺方法相匹配，并装有与主控制器相连接的接口。

2、送丝机及其控制与调速系统，对于送丝速度控制精度要求较高送丝机，其控制电路应加测速反馈。

3、焊接机头用其移动机构，其由焊接机头，焊接机头支承架，悬挂式拖板等组成，地于精密型焊头机构，其驱动系统应采用装有编码器的伺服电动机。

4、焊件移动或变位机构，如焊接滚轮架，头尾架翻转机，回转平台和变位机等，精密型的移动变位机构应配伺服电动机驱动。

5、焊件夹紧机构。

6、主控制器，亦称系统控制器，主要用于各组成部分的联动控制，焊接程序的控制，主要焊接参数的设定，调整和显示。必要时可扩展故障诊断和人机对话等控制功能。

7、计算机软件，焊接设备中常用的计算机软件有：编程软件，功能软件，工艺方法软件和专家系统等。

8、焊头导向或跟踪机构，弧压自动控制器，焊枪横摆器和监控系统。

9、辅助装置，如送丝系统，循环水冷系统、焊剂回收输送装置、焊丝支架、电缆软管及拖链机构结构设计电气控制设计三大部分。

10、焊接机器人，又称机械手臂，是自动化焊接设备的重要组成部分。其主要工作包括：焊接、切割、热喷涂、搬运等。

从查阅文献可知，搪铅工艺对于工业生产具有十分重要的意义，而对于其工艺过程我也有了详细的了解。目前行业内搪铅机械化自动化的发展趋势是研究本课题的目的，要求是结合自动化、机械设计、焊接技术、材料成型等科目的知识，提出一个可行、合理的设计方案，最后对方案进行评估分析，完成报告。

参考文献：

[1]苏立，王琦. 衬铅、搪铅工艺技术. 包头：包钢科技，2000,6（2）.

[2]丁云朋等. 防止空塔顶盖搪铅热变形及质量检验措施. 韩国COSMO硫酸项目设计与管理体会，2007.

[3]王龙光. 关于搪铅设备的立焊修补. 无锡精炼厂.

[4]G. A. Solomka，E. N. Polyakov，M. P. Kuznetsov. Ultrasonic Quality Control of Bonding of Layers in Lead-lined Tubes. Khimichesskoe I Neftyanoe Mashinostroenie，1970.

[5]E. Mantius，H. F. Freihierr. Lead-lined Equipment. Industrial And Engineering Chemistry.

[6]林士远. 石油化工设备搪铅施工. 化工施工技术，1996.

[7]刘元，黄其贤等. 食用搪铅桶中菜籽油引起铅中毒的报告. 南通市卫生防疫站.

[8]左茂华. 机械手搪铅自动生产线. 江苏省南通市机械局.

[9]陈天佐，李泽高. 金属堆焊技术. 机械工业出版社，2005.

[10]张强，刘君，付春宇. 大型储罐环缝自动焊接单面焊双面成型施工方法的应用.石油化工建设，2008 .

[11]张忠厚，刘强. 大直径超薄壁长筒体纵环缝自动焊接装置的研制. 焊接，1999.

[12]张忠厚. 大直径筒体马鞍形曲线自动焊接机的研制. 电焊机，1998.

[13]成军，牛锐锋，孟卫如. 电机机壳薄壁钢筒自动钨极氩弧焊技术. 新技术新工艺，2004.

[14]王希靖，王锴. 桁架自动成型及焊接生产线的研制. 电焊机，2008.

[15]许先果，刘仕伟，周兴渝. 化工分离器自动焊接工艺设计. 重庆大学学报，2004.

[16]漆卫国，王孔伟. 全位置自动化焊接技术在压力钢管焊接中的实践. 水利电力机械，2000.

[17]焦健，王希靖. 一种矿山用钢筋网自动化焊接生产线的设计. 工业仪表与自动化装置，2008.

[18]E. Zumelzu，R. Pereira. Influence of Vibrations on Interface Delamination in Metal#8211;Polymer Composites. Journal of Applied Polymer Science.

[19]K. T. Truong. Improve FCCU Refractory-lined Piping Design. Hydrocarbon Processing，1998.

[20]秦好学. 终接内环缝自动焊装置. 机械工人，1981.

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

研究内容

堆焊技术研究

l 考察堆焊技术在搪铅工艺中的应用

l 堆焊技术的人工操作要点、难点