閆艷偉，夏春杰，楊雄，王芳芳，錢俊鋒，李衛(wèi)

（合肥通用機(jī)械研究院有限公司，安徽 合肥 230031）

某裝置在進(jìn)行全面檢驗(yàn)過程中，一級反應(yīng)器經(jīng)TOFD檢測發(fā)現(xiàn)其最下方兩個(gè)筒體對接焊縫存在超標(biāo)埋藏缺陷，缺陷長度160mm，缺陷深度為20～30mm，TOFD圖譜如圖1所示，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)需要對此缺陷進(jìn)行消除，設(shè)備焊縫局部返修，坡口尺寸受缺陷大小及現(xiàn)場操作條件影響較大，以下對現(xiàn)場開槽的坡口的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行應(yīng)力分析，得到開槽后坡口周邊的應(yīng)力分布，為焊縫焊接及焊后熱處理提供參考。

圖1 TOFD圖譜

圖2 開槽成型

焊縫內(nèi)部埋藏缺陷的消除過程大致分為挖除缺陷、局部焊接及熱處理、檢測確認(rèn)三個(gè)步驟，分三個(gè)部分對返修過程進(jìn)行分析研究。

1 應(yīng)力分析

（1）建立數(shù)值模型：根據(jù)TOFD圖譜確定缺陷位置，將缺陷完全刨除，并將刨槽打磨成型如圖2所示。設(shè)備主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示，由于設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸較大，坡口尺寸與筒體尺寸相差較大，為方便計(jì)算含坡口的圓柱面簡化為平面，且數(shù)值模型具有對稱性，數(shù)值模型如圖3所示，其中模型高750mm，長為450mm，坡口形狀為等腰梯形，長度分比為60mm、20.9mm，角度為60°。

（2）網(wǎng)格劃分及應(yīng)力分析：將建立好的數(shù)值模型導(dǎo)入應(yīng)力分析軟件，首先進(jìn)行劃分網(wǎng)格，由于坡口尺寸與筒體尺寸相差較大，因此需要對坡口周邊進(jìn)行網(wǎng)格加密，節(jié)點(diǎn)數(shù)為360184，網(wǎng)格數(shù)量為156584，對網(wǎng)格進(jìn)行無關(guān)性驗(yàn)證，結(jié)果表明網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量不影響應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，網(wǎng)格劃分如圖4所示，設(shè)定對稱邊界條件，壓力邊界條件，頂部筒體重力影響，底面設(shè)置為固定邊界條件，設(shè)置好邊界條件并進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果可得應(yīng)力分布及變形量大小如圖5所示，由圖可知，坡口周圍存在應(yīng)力集中，坡口棱角分明，應(yīng)力集中越大，因此在現(xiàn)場返修過程中應(yīng)圓滑過渡，從而減小應(yīng)力集中的情況，減小棱角處應(yīng)力的大小，為減少焊接的難度，從圖5（b）中可以看出，坡口上方筒體形變量大于同水平位置形變量，隨著高度的下降形變量變小，坡口下方形變量小于同水平位置形變量，這是由于坡口的存在造成筒體的不連續(xù)，從而坡口上斜面形變量較大，而坡口下斜面由于上方重力的不連續(xù)性，形變量較小，此種規(guī)律與坡口深度有關(guān)，因此在焊縫局部返修過程中應(yīng)避免坡口深度小于1/2筒體厚度，從而較小焊接的難度。

表1 反應(yīng)器主要技術(shù)參數(shù)

圖3 數(shù)值模型

圖4 網(wǎng)格劃分

圖5 計(jì)算結(jié)果云圖

2 焊縫局部焊接及熱處理。

（1）根據(jù)上述分析結(jié)果，選擇合適的坡口尺寸成型，并根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)制造資料制定相應(yīng)的焊接工藝，編寫焊接工藝評定卡，根據(jù)焊接工藝進(jìn)行焊接，焊后24小時(shí)后對局部焊接部位進(jìn)行表面磁粉檢測和TOFD檢測，檢測結(jié)果合格，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)返修次數(shù)不能超過3次。

（2）無損檢測合格后，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對設(shè)備的焊接工藝及坡口應(yīng)力分布情況制定了局焊縫施焊后局部熱處理工藝，具體分為以下幾個(gè)部分。

①局部焊后熱處理時(shí)，均溫、加熱和隔熱范圍如圖6所示。本次加熱在焊縫背面布置2層保溫棉。均溫帶的最小寬度為在返修焊縫兩端各加50mm。加熱片擺放注意環(huán)繞包括均溫帶在內(nèi)的筒體全圓周。反應(yīng)器熱處理返修焊縫寬度為60mm，均溫帶寬度為160mm，筒體直徑為3600mm，周長為11656mm，選取加熱片寬度為350mm，長度為1180mm，共10片，可以全圓周覆蓋均溫帶及焊縫，保溫棉剪裁寬度為500mm，滿足規(guī)范覆蓋要求。

②焊后熱處理應(yīng)按設(shè)計(jì)文件、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范規(guī)定的工藝參數(shù)進(jìn)行。嚴(yán)格執(zhí)行國家現(xiàn)行壓力容器制造技術(shù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)技術(shù)條件要求規(guī)定，熱處理工藝參數(shù)（表2）和工藝曲線（圖6）如下。

③熱處理溫度應(yīng)采用熱電偶進(jìn)行測量，并采用自動溫度記錄儀器在整個(gè)熱處理過程中連續(xù)測量和記錄熱處理過程，形成溫度—時(shí)間自動記錄曲線。測溫記錄儀器應(yīng)在校驗(yàn)合格期內(nèi)。

④熱處理后的焊縫進(jìn)行硬度檢測，以HB＜200為合格。經(jīng)焊后熱處理合格的部位，不得再進(jìn)行焊接作業(yè)，否則應(yīng)重新進(jìn)行熱處理。熱處理完成后應(yīng)對此部位增加金相檢驗(yàn)。

3 結(jié)語

按照標(biāo)準(zhǔn)要求焊縫局部返修熱處理完成后需對返修位置進(jìn)行硬度檢測，硬度檢測結(jié)果如表3所示，硬度值均小于200，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且與未返修部位硬度值差別不大，并對局部返修焊縫進(jìn)行金相檢測，金相組織如圖7所示，組織結(jié)構(gòu)較為均勻，晶界明顯，檢測結(jié)果表面，針對此臺設(shè)備的制定的焊接工藝及熱處理工藝的合理正確性，為現(xiàn)場局部返修開坡口，編寫焊接工藝卡，制定焊后熱處理方案提供參考。

表2 熱處理工藝參數(shù)

表3 硬度檢測部位及結(jié)果

圖6 熱處理工藝曲線

圖7 金相組織分析