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(新疆蘭石重裝能源工程有限公司，新疆 哈密 839000)

在煉油化工行業(yè)，封頭上接管法蘭的焊接主要采用焊條電弧焊和馬鞍焊[1]，其焊接質(zhì)量及焊接效率十分重要。粗芳烴加氫裝置或者多晶硅裝置中的封頭厚度較厚，若采用焊條電弧焊，焊接質(zhì)量及焊接效率難以保證。馬鞍焊主要用于壓力容器制造，是在殼體、封頭、圓錐體上進(jìn)行接管的自動(dòng)埋弧焊接[2]。在目前封頭側(cè)孔馬鞍焊焊接過(guò)程中，封頭一般傾斜放置，馬鞍焊導(dǎo)電嘴隨著側(cè)孔的偏斜角轉(zhuǎn)動(dòng)焊接[3]，即使按照焊接工藝評(píng)定的參數(shù)進(jìn)行馬鞍焊，焊接過(guò)程中仍會(huì)產(chǎn)生不同程度的焊接缺陷，如氣孔、夾渣、焊瘤、冷裂紋、再熱裂紋及多變化裂紋等[4]。

為了提高封頭側(cè)孔接管法蘭和鍛管等的裝配精度和焊接質(zhì)量，筆者設(shè)計(jì)了一種新型封頭側(cè)孔接管法蘭馬鞍焊輔助工裝，利用此輔助工裝可確保馬鞍焊導(dǎo)電嘴始終與焊接位置垂直，從而保證焊接的高質(zhì)量、高精度、高效率和高可靠性[5]。文中以某粗芳烴加氫裝置中沸騰床反應(yīng)器下封頭側(cè)孔接管法蘭焊接為例[6]，介紹了新型馬鞍焊輔助工裝的應(yīng)用。

1 封頭側(cè)孔接管法蘭焊接方法

1.1 焊條電弧焊

焊條電弧焊是壓力容器制造中應(yīng)用最廣泛的焊接方法。焊條電弧焊焊接過(guò)程中的相關(guān)設(shè)備及輔助工具有焊機(jī)、焊鉗、焊接電纜、面罩、敲渣錘和焊條保溫桶[7]。根據(jù)封頭的實(shí)際尺寸選用不同規(guī)格的焊條，選擇對(duì)應(yīng)的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。焊條電弧焊常見(jiàn)的焊接缺陷有咬邊、焊瘤、電弧擦傷、未熔合、夾渣、未焊透、氣孔和裂紋等[8]。

1.2 馬鞍焊

馬鞍焊時(shí)，機(jī)械主體完成圓柱坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，調(diào)整旋轉(zhuǎn)主軸與焊接接管中心軸接近同軸，完成圓柱坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，1個(gè)伸縮臂完成焊接旋轉(zhuǎn)半徑調(diào)節(jié)，伸縮臂端部安裝1個(gè)升降桿完成升降運(yùn)動(dòng)(即沿接管母線(xiàn)方向運(yùn)動(dòng))[9]，由此完成空間相貫曲線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)。馬鞍焊焊接過(guò)程中的相關(guān)設(shè)備以及輔助工具有馬鞍埋弧焊機(jī)、焊接夾具、工件變位設(shè)備、焊縫成型設(shè)備和焊機(jī)回收輸送設(shè)備等[10]。根據(jù)封頭實(shí)際尺寸選擇不同規(guī)格焊絲，選擇對(duì)應(yīng)的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接。馬鞍焊常見(jiàn)焊接缺陷有氣孔、夾渣和裂紋等[11]。

與焊條電弧焊比較，馬鞍焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：①生產(chǎn)效率高。②焊接時(shí)有熔渣保護(hù)，熔化金屬不與空氣接觸，因此焊縫金屬中含氮量降低，而且熔池金屬凝固較慢，液體金屬和熔化焊劑間的冶金反應(yīng)充分，減少了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋的可能性[12]。③馬鞍焊焊接工藝參數(shù)通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)保持穩(wěn)定，對(duì)焊工操作技術(shù)要求不高，焊縫成型美觀(guān)、成分穩(wěn)定、力學(xué)性能好且焊縫質(zhì)量高[13]。④馬鞍焊弧光不外露，沒(méi)有弧光輻射，焊工工作強(qiáng)度低、勞動(dòng)條件好[14-15]。

2 沸騰床反應(yīng)器下封頭開(kāi)孔情況

為了滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，封頭上開(kāi)孔情況愈加頻繁。某粗芳烴加氫裝置中沸騰床反應(yīng)器的下封頭開(kāi)有進(jìn)料口N2、循環(huán)泵入口N3、循環(huán)泵出口N4、催化劑添加卸料口N5和人孔M2共5個(gè)孔，其中不在垂直方向的側(cè)孔有4個(gè)，見(jiàn)圖1。在當(dāng)前的焊接方法以及輔助工裝下，這些側(cè)孔的裝配精度、焊接質(zhì)量以及焊接安全性均存在不確定性，難以得到保證。

圖1 沸騰床反應(yīng)器下封頭開(kāi)孔圖

3 新型馬鞍焊輔助工裝結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

新型馬鞍焊輔助工裝主要由墊板、立板、立管、支板、側(cè)板、螺母、螺柱和墊片等零件組成，具體結(jié)構(gòu)及尺寸見(jiàn)圖2，俯視圖見(jiàn)圖3。

1.墊板 2.立板 3.立管1 4.立管2 5.支板 6.側(cè)板 7.立管4 8.立管5 9.螺柱 10.螺母 11.墊片圖2 新型馬鞍焊輔助工裝結(jié)構(gòu)及尺寸

圖3 新型馬鞍焊輔助工裝俯視圖

該輔助工裝是為克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷而全新設(shè)計(jì)制造的，其通用性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，易于移動(dòng)，可以針對(duì)不同規(guī)格的封頭和接管法蘭多次重復(fù)利用，能夠改善接管法蘭、加強(qiáng)段等的焊接質(zhì)量，提高焊接效率并降低成本[6]。

4 新型馬鞍焊輔助工裝操作應(yīng)用

4.1 具體操作

不管封頭規(guī)格尺寸如何，套管1始終位于封頭端點(diǎn)處，即側(cè)孔處于水平位置后封頭一端的最高點(diǎn)。套管2/套管3與套管1之間距離為1 772 mm，套管2和套管3之間的橫向距離及套管2/套管3與套管1之間的縱向距離主要參照技術(shù)圖樣進(jìn)行一次實(shí)際放樣，再按照安全生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際位置確定。

待封頭側(cè)孔處于水平位置，封頭端點(diǎn)處套管1及套管2/套管3組成穩(wěn)定的三角形后，再利用螺栓、螺母進(jìn)行套管2/套管3與套管1水平高度差的調(diào)整，螺栓孔之間距離為300 mm，套管1有3擋可調(diào)整，套管2與套管3有2擋可調(diào)整，也可按實(shí)際生產(chǎn)需要對(duì)其距離進(jìn)行細(xì)分(100 mm)。

根據(jù)不同規(guī)格的封頭以及不同方位的側(cè)孔，對(duì)立板、側(cè)板位置進(jìn)行調(diào)整，然后采用角焊縫形式將立板、側(cè)板焊接固定。當(dāng)封頭最高點(diǎn)位置與套管2/套管3對(duì)應(yīng)的最低點(diǎn)為立板、側(cè)板處時(shí)，封頭即安全穩(wěn)定，可進(jìn)行馬鞍焊焊接。立板、側(cè)板的主要作用是保證封頭穩(wěn)定防滑，提高封頭受外力作用時(shí)的安全性。

在采用此輔助工裝焊接過(guò)程中，要注意3個(gè)套管之間縱向及橫向距離的準(zhǔn)確性，要在技術(shù)圖樣及實(shí)際安全生產(chǎn)規(guī)范內(nèi)保證側(cè)孔始終處于水平位置。還需保證馬鞍埋弧焊機(jī)的高度、焊接參數(shù)的穩(wěn)定性以及側(cè)板和立板的焊接強(qiáng)度，即確定操作安全性。

采用新型輔助工裝馬鞍焊后的沸騰床反應(yīng)器下封頭成型美觀(guān)，見(jiàn)圖4。

圖4 沸騰床反應(yīng)器下封頭側(cè)孔焊后成型效果

4.2 成型質(zhì)量

利用新型輔助工裝進(jìn)行封頭側(cè)孔接管法蘭馬鞍焊，不僅減少了操作工的打磨量，而且因側(cè)孔一直處于水平位置，因此提高了接管的裝配精度。與不采用輔助工裝的焊條電弧焊相比，馬鞍焊在焊接質(zhì)量、外觀(guān)成型、裝配精度、焊接效率等方面均優(yōu)于焊條電弧焊，2種焊接方法焊接質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 2種焊接方法焊接質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的新型輔助工裝主要針對(duì)封頭側(cè)孔接管法蘭的馬鞍焊焊接，焊接時(shí)封頭的傾斜角度是根據(jù)側(cè)孔調(diào)整到水平時(shí)的角度而定的，即馬鞍焊時(shí)封頭始終處于一定的傾斜角狀態(tài)，而相對(duì)的接管法蘭、加強(qiáng)段等則處于水平位置，從而可以保證裝配精度(垂直度、水平度)。馬鞍焊后封頭側(cè)孔接管法蘭在焊接質(zhì)量、外觀(guān)成型、裝配精度和焊接效率等方面均優(yōu)于焊條電弧焊，制造成本低，通用性強(qiáng)，可重復(fù)利用。