王銳/中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部

進(jìn)料器封頭接管焊接變形控制

王銳/中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部

分析進(jìn)料器焊接變形的影響因素，分析了焊接接頭特征，對產(chǎn)品接頭的焊接從裝配、焊接預(yù)熱后熱、層間溫度、焊接工藝、變形控制和變形檢測以及最終的檢查做簡單介紹。

焊接；進(jìn)料器；變形控制；接管

進(jìn)料器是煤氣化設(shè)備中用來保存和連續(xù)供送煤粉的設(shè)備。我公司生產(chǎn)的進(jìn)料器其內(nèi)徑為Φ3440mm，總長12300m，壁厚最小處60mm，其中封頭上有Φ247～Φ478。5大小不等的接管13個，不僅包含插入和固定煤粉供料管線的接管和法蘭，還包含填充水平高度檢測管線的插入和固定用的接管和法蘭。由于封頭的接管比較密集，因此如何控制在接管裝焊過程中的變形和位置度是裝焊的難點(diǎn)。本文就封頭接管裝焊過程中采取的工藝預(yù)防措施和控制變形措施做簡單介紹。

一、進(jìn)料器母材和選用焊材

1.此產(chǎn)品采用ASME規(guī)范和國內(nèi)壓力容器法規(guī)TSG R0004－2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》雙控制標(biāo)準(zhǔn)，母材為SA－516M GR.485，母材化學(xué)成分（見表1）及力學(xué)性能（見表2）。

表1 母才化學(xué)成分 （％）

2.焊接材料。根據(jù)母材的成分及性能決定選用抗氫誘發(fā)裂紋用鋼焊條CHE507SHA，規(guī)格直徑為 Φ5mm和Φ4mm。

二、裝配工藝措施

由于封頭的接管比較密集，各接管孔之間距離較小，致使封頭的剛性較差，焊接過程中極易產(chǎn)生變形。在活件裝焊過程中，采用了剛性固定支撐，選擇合理的裝焊順序，焊后消應(yīng)力處理等多種工藝措施控制變形。封頭上所有開孔均采用機(jī)械加工的方法。

對于斜接管T10和筒體軸線夾角精度達(dá)到20°±0.5°，對裝配提出了較高的要求。只有裝配準(zhǔn)確，才能保證焊接質(zhì)量和焊接變形的有效控制。裝配時(shí)首先將封頭置于水平位置，在坡口開孔筒體內(nèi)側(cè)兩個方向焊接定位塊，借助于兩塊角度精確加工裝加強(qiáng)筋板，實(shí)現(xiàn)斜插接管和筒體之間的準(zhǔn)確角度控制。對于中間接管T6。1～4采用如下輔具，保證四個接管裝配時(shí)的平面度和裝配尺寸。

在裝配后，用相應(yīng)的設(shè)備對關(guān)鍵尺寸進(jìn)行檢測，以便保證裝配精度。

焊后需要按照圖紙將焊縫與母材打磨圓滑過渡R40，打磨后用樣板比對。

三、焊接工藝

1.焊接方法。綜合考慮工件焊接質(zhì)量、生產(chǎn)效率，對于這種形式的焊接接頭，由于空間形狀復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化焊接，本工件選擇常用的手工電弧焊進(jìn)行焊接。

2.工藝參數(shù)。根據(jù)母材特點(diǎn)確定工藝參數(shù)（見表3）。

表3 焊接工藝參數(shù)

3.焊材烘干。焊條使用前應(yīng)按說明書規(guī)定烘干，350～400℃，保溫1－2小時(shí)，升溫及降溫速度不能太快，以免藥皮開裂，影響焊接質(zhì)量。烘干后焊條放入保溫桶內(nèi)，隨用隨取。

4.焊前清理及檢查。焊前將坡口及坡口外150mm范圍內(nèi)影響焊接質(zhì)量的氧化皮、銹、油污等雜質(zhì)用砂輪清理干凈。在組裝焊接之前，必須仔細(xì)檢查來料尺寸及坡口形式是否正確，符圖后才能裝配。

5.焊接溫度。預(yù)熱溫度的選擇主要取決于母材及焊接材料成分、厚度、剛性結(jié)構(gòu)、焊接方法及環(huán)境溫度，目的是減小焊接區(qū)與工件整體之間的溫度差，降低接頭的冷卻速度，改善應(yīng)力狀況減少焊接殘余應(yīng)力及變形，防止冷裂紋產(chǎn)生。焊接接管時(shí)，采用環(huán)形加熱管對坡口兩側(cè)100mm范圍內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱溫度為100～150℃，要求受熱均勻。其中層間溫度不得超過150℃，層間溫度過高可能產(chǎn)生附加應(yīng)力，而且會促進(jìn)裂紋的產(chǎn)生，因此要嚴(yán)格控制層間溫度不能高。

6.焊接順序。由于，封頭接管尺寸精度要求嚴(yán)格，且封頭接管較多，如果焊接順序不合理，將產(chǎn)生難以修復(fù)的收縮、扭曲等焊接變形。所以要選擇合理的焊接順序和規(guī)范來控制焊接后變形量。采取兩人對稱焊接既可以控制焊接變形又可以提高工作效率。

具體焊接順序?yàn)椋?/p>

（1）T11。1、T11。2、R1

（2）T1、T2、T3、T4

（3）T10

（4）T6.1、T6.2、T6.3、T6.4（此四個接管先焊完里面翻個氣刨清根封根后再焊其他接管直至焊完。這樣焊接應(yīng)力能均勻分布，能將變形控制在最佳狀態(tài)。）

（5）R8

7.焊后消氫。焊后立即消氫，300～350℃2小時(shí)，然后保溫緩冷。再進(jìn)行其他接管焊接。

8.焊后無損檢測。焊后打磨符圖并符合探傷要求，按照J(rèn)B／T4730和ASME標(biāo)準(zhǔn)探傷焊縫一次合格。

9.焊后消應(yīng)力處理。焊后消除應(yīng)力熱處理主要作用是消除焊后殘余應(yīng)力，改善焊縫及熱影響區(qū)的組織成分，提高焊接接頭性能，特別是焊接接頭的韌性。由于此封頭上接管焊縫較多，使封頭內(nèi)部產(chǎn)生了很大的殘余應(yīng)力，必須加以釋放焊后消除應(yīng)力580℃±20℃，保溫4小時(shí)，升溫、降溫不超過55℃／小時(shí)，≤350℃出爐空冷。

通過消除應(yīng)力處理，穩(wěn)定了結(jié)構(gòu)尺寸，將變形量控制在最小范圍內(nèi)。用于固定的工藝?yán)钤跓崽幚砗蠓忸^裝配前才能去除。

四、尺寸檢查

采用上述多項(xiàng)工藝措施，使預(yù)防和控制上封頭的焊接變形工作取得了顯著的效果，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求及施工標(biāo)準(zhǔn)。

⑴各接管距上封頭切線±8mm；⑵開口角度及方位偏差±0.5°；⑶法蘭至軸線距離±2.5°；⑷周向位置±1°

五、結(jié)語

進(jìn)料器封頭接管在焊接過程中合理的選擇工藝參數(shù)，裝焊過程采取了多種工藝措施預(yù)防和控制變形，并選擇合理的焊接順序。最終使進(jìn)料器封頭接管的焊接工作達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足了圖紙要求。