金 平 彭 勝

(1. 武漢市鍋爐壓力容器檢驗研究所；2. 武漢市潤之達(dá)石化設(shè)備有限公司)

深孔鎢極自動氬弧焊外角焊在高壓空冷器上的應(yīng)用

金 平*1彭 勝2

(1. 武漢市鍋爐壓力容器檢驗研究所；2. 武漢市潤之達(dá)石化設(shè)備有限公司)

通過探討焊接設(shè)備、制造工藝、焊絲選擇及焊接工藝評定等方面的因素，總結(jié)出了高壓空冷器管頭深孔加絲式脈沖自動鎢極氬弧焊的焊接工藝。

高壓空冷器 管頭 外角焊縫 深孔焊

近年來隨著國內(nèi)外石油制品的需求量大幅度上升，壓力容器也向著大型化、高參數(shù)和長壽命的方向發(fā)展。為了滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)的要求，高壓空冷器在制造工藝上要求通過深孔加絲式自動鎢極氬弧焊來實現(xiàn)管子與管板間的焊接。深孔焊的難點(diǎn)在于焊槍必須通過M30的絲堵孔橫穿管箱內(nèi)腔進(jìn)行焊接，為達(dá)到強(qiáng)度焊要求，管頭焊接采用外角焊縫加填絲焊，且焊接過程中觀察受到障礙，此時無論對焊機(jī)還是工藝都有很高的要求。為此，從焊接設(shè)備、制造工藝、焊絲選擇、工藝規(guī)范的調(diào)試、焊接工藝評定及試驗等一系列環(huán)節(jié)進(jìn)行攻關(guān)，最終在試驗產(chǎn)品上取得了滿意的結(jié)果。

1 高壓空冷器的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

反應(yīng)產(chǎn)物高壓空冷器規(guī)格型號為：GP9×3-4-129-10.35-23.4/DR-Ⅱ；入口溫度140℃，出口溫度50℃；使用介質(zhì)中含H2S和H2；管箱材料為Q345R(HIC)，換熱管為10#鋼，翅片為雙金屬軋制純鋁。管箱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 管箱結(jié)構(gòu)示意圖

2 焊接設(shè)備

為完成高壓空冷器管子與管板間深孔加絲全位置脈沖自動鎢極氬弧焊外角焊，通過與某焊接設(shè)備公司進(jìn)行溝通，筆者提出焊接設(shè)備的技術(shù)要求，深孔焊槍如圖2所示，通過大量的試驗改進(jìn)，最終實現(xiàn)了對管頭實施水平固定的脈沖自動鎢極氬弧焊，同時實現(xiàn)了管頭加絲或不加絲的外角焊縫的焊接。

圖2 深孔焊槍結(jié)構(gòu)示意圖

3 工藝試驗及認(rèn)證

為檢驗焊接設(shè)備的可操作性和焊接工藝的可實施性，筆者依據(jù)NB/T47007-2010的要求制備材料為Q345R的模擬管箱，制定了嚴(yán)格的工藝[1]，并按NB/T47014進(jìn)行了相關(guān)試驗與測試[2]。

3.1管箱的制作

管箱的制造嚴(yán)格按文獻(xiàn)[1]的要求制造，為確保絲堵式管箱上的絲堵孔與管孔的同軸度為0.5mm，管板孔與絲堵孔采用先深孔鉆再擴(kuò)孔的工藝。為實現(xiàn)外角強(qiáng)度焊，管子伸出管板面3～4mm，且管子軸線與管孔同心。

3.2工藝規(guī)范

焊接采用的是深孔脈沖全自動鎢極氬弧焊，模擬焊接時基本無法觀察整個焊接過程，因此焊前工藝規(guī)范的制定尤為重要。首先是鎢極的位置，其次是鎢極與管板或管子的距離，最后是焊接規(guī)范。鎢極基本與定位桿軸線平行略向管壁傾斜，鎢極尖端距管板面和鎢極距管壁最小距離基本一致(2.0～2.5mm)。鎢極與工件之間通過高頻起弧，電弧引燃后呈“罩”狀，能使焊縫與工件之間很好地熔合。

管頭的焊接是水平固定的位置，即橫焊、立向上、立向下和仰焊，不同的焊接位置規(guī)范有所不同，且在6點(diǎn)鐘方向不宜起弧。焊接工藝見表1。

表1 Q345R管板和20#(φ25mm×2.5mm)換熱管焊接工藝

3.3試驗結(jié)果

通過上述工藝，采用深孔加絲全自動鎢極氬弧焊共焊接40個管頭，外觀成形合格率達(dá)100%，對管頭焊縫進(jìn)行剖面檢驗時，其焊縫厚度大于2/3管壁厚度。增加了3個管頭焊縫的拉脫力試驗，其抗拉強(qiáng)度為460/425/440MPa，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，斷裂位置都在管壁處。以此證明焊縫完全達(dá)到強(qiáng)度焊的要求。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

深孔加絲式脈沖自動鎢極氬弧焊難度大的原因是焊接過程無法觀察。但通過前期試驗和產(chǎn)品制造，總結(jié)出以下幾個質(zhì)量控制要點(diǎn)：

a. 管板孔、絲堵孔的同軸度；

b. 焊接前鎢極與管板面的位置和距離，鎢極與管壁的間距；

c. 管板面、管外壁和端面的除銹；

d. 焊接工藝規(guī)范的合理設(shè)置；

e. 全位置管板焊易采用脈沖焊方式即峰值形成熔池，基值維持電弧不熄滅，同時對熔池進(jìn)行冷卻。

5 結(jié)束語

采用筆者提出的工藝評定和試驗數(shù)據(jù)為某公司設(shè)計制造一臺高壓空冷器產(chǎn)品，管板與管頭進(jìn)行深孔加絲式脈沖自動鎢極氬弧焊。第一遍采取不加絲自熔式焊接，保證管子與管板間根部完全熔透；第二遍加絲焊接，以確保管頭焊縫厚度與強(qiáng)度。用該工藝方法焊接540個管頭，全部一次合格，焊縫外觀成形美觀，焊縫飽滿，達(dá)到了設(shè)計和使用要求。

[1] NB/T47007-2010，空冷式熱交換器[S].北京：國家能源局，2010.

[2] NB/T47014-2011，承壓設(shè)備焊接工藝評定[S]. 北京：國家能源局，2010.

*金 平，男，1979年7月生，工程師。湖北省武漢市，430024。

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