大直徑16M n管板堆焊工藝

魏娜然 劉明亮

(1.中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部，遼寧116113;2.大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，遼寧 116013)

大直徑16M n管板堆焊工藝

魏娜然1劉明亮2

(1.中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部，遼寧116113;2.大連市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院，遼寧 116013)

針對大直徑管板堆焊時容易發(fā)生管板面變形、平面度超差而導(dǎo)致堆焊層厚度不均勻，焊接變形不易控制等問題進(jìn)行了分析研究，制定了合理可行的工藝措施，生產(chǎn)出了合格的管板產(chǎn)品。

大直徑管板;堆焊;變形;工藝

石油化工行業(yè)的大型換熱器管板大部分都是堆焊不銹鋼結(jié)構(gòu)，管板堆焊工藝及堆焊后管板面變形的問題是換熱器制造的難點(diǎn)之一。某大型固定管板式換熱器的上、下管板材質(zhì)為16MnⅣ，管板采用雙層堆焊耐蝕層(TP309L+TP347)，耐蝕層厚度為6 mm。上、下管板厚度為120 mm，直徑約?4 000 mm。由于管板直徑大、厚度薄，堆焊時

極容易造成管板變形、管板的平面度超差等問題。因此，在工程實(shí)施前，對管板平面度、堆焊層厚度均勻性等進(jìn)行了深入分析，提出了解決方案，制定了合理的管板堆焊工藝。

1 管板堆焊前準(zhǔn)備

在上、下管板堆焊前，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，管板厚度方向留加工余量，而且管板應(yīng)預(yù)留一定的反變形量。管板堆焊前具體加工尺寸如圖1所示。

圖1 上、下管板堆焊前加工尺寸Figure 1 Machining dimension of upper and lower tube sheets before build-up welding

為了增加管板的剛性，增強(qiáng)管板抵抗焊接變形的能力，將加工后的上、下管板重疊在一起，要求兩管板必須緊密接觸無間隙。采用弧形板夾具固定兩塊管板，弧形板分成4塊下料，下料后彎曲變形成弧形板(90°)。夾具與管板之間以角焊縫型式連接，要求角焊肉的尺寸不少于20 mm。上、下管板分別焊接4個吊耳，在管板的圓周方向均勻布置。吊耳和夾具焊接前均需預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥100℃，焊后消氫處理250～350℃ ×30 min，焊縫處打磨清理并按 JB/T4730.4—2005進(jìn)行100%磁粉檢測，合格等級為Ⅰ級。

2 管板堆焊

管板采用雙層堆焊耐蝕層后應(yīng)達(dá)到以下要求:管板整個堆焊層表面應(yīng)平整，平面度公差≤1 mm;堆焊層厚度應(yīng)均勻，最厚處與最薄處之差≤1 mm，堆焊層的表面厚度應(yīng)不小于3 mm。

按以下順序進(jìn)行堆焊:管板預(yù)熱→上管板堆焊過渡層(TP309L)→翻轉(zhuǎn)→下管板堆焊過渡層(TP309L)→消氫熱處理→進(jìn)爐消除應(yīng)力熱處理(上管板朝下)→管板出爐后緩冷至室溫→打磨堆焊表面→無損檢測(100%PT，Ⅰ級合格)→下管板堆焊面層(TP347)→翻轉(zhuǎn)→上管板堆焊面層(TP347)→進(jìn)爐消除應(yīng)力熱處理(上管板朝上)→管板出爐后緩冷至室溫→打磨堆焊表面→無損檢測(100%PT［1］，Ⅰ級合格;100%UT［1］，Ⅰ 級合格)。

對管板以由內(nèi)向外的環(huán)形順序進(jìn)行耐蝕層的堆焊。管板中心?300 mm范圍內(nèi)采用焊條電弧焊堆焊，?300 mm范圍以外采用電渣焊堆焊。兩側(cè)牙子側(cè)壁及轉(zhuǎn)角采用熔化極氣體保護(hù)焊堆焊。

堆焊時，為了實(shí)現(xiàn)管板的自動焊，需將管板放置在變位器上。管板在變位器上堆焊過渡層(TP309L)如圖2所示。

在選擇焊接材料時，應(yīng)保證堆焊的耐蝕層表面及以下3 mm深度以內(nèi)的熔敷金屬的化學(xué)成分滿足表1的要求。

管板在堆焊過程中，既要保證焊接質(zhì)量又要有效控制堆焊層的厚度。過渡層(TP309L)厚度要求保證在3.5 mm，面層(TP347)厚度要求保證在(4～4.5)mm。在堆焊時，為了減少熱輸入量，應(yīng)采用較快的焊接速度，焊接參數(shù)應(yīng)嚴(yán)格按照表2中的規(guī)定執(zhí)行。

3 管板焊后熱處理

為了消除管板焊接的殘余應(yīng)力，在管板堆焊完成后立即整體進(jìn)爐進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。管板采用臥式進(jìn)爐的方式，并使用專用熱處理支座墊起。支座數(shù)量一共20個，要求沿圓周方向均布，靠近噴嘴的支座可以移動一定距離錯開噴嘴，在支座下面墊上厚度為50 mm～100 mm的鋼板以保證支座水平。按NB/T47015—2011規(guī)定，16MnⅣ熱處理溫度為(600～640)℃，最短保溫時間為2+(δPWHT-50)/100=3.5 h［3］。工藝文件規(guī)定焊后熱處理規(guī)范為620±14℃ ×4+2h。支座尺寸如圖3所示。管板熱處理規(guī)范如圖4所示。

圖2 管板在變位器上自動堆焊Figure 2 Automatic build-up welding of tube sheet in positioner

表1 熔敷金屬的化學(xué)成分［2］(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chem ical composition of deposited metal(mass fraction，%)

表2 焊接材料及焊接工藝參數(shù)Table 2 W eld material and welding procedure parameters

4 管板堆焊后加工

管板熱處理及無損檢測全部完成后，不打開弧形板夾具，直接進(jìn)行管板堆焊面的加工。堆焊層厚度要求保證在6 mm，管板坡口牙子見平即可。管板堆焊后加工尺寸如圖5所示。機(jī)加時，對于堆焊層厚度不能夠保證的地方采用手工焊補(bǔ)焊。

管板堆焊面加工完成后，將弧形板夾具打開，放置管板3～5天后，再進(jìn)行管板下一步的加工。

5 結(jié)論

對大直徑、較薄管板堆焊時采取合理的工藝措施，最終獲得變形量在要求范圍內(nèi)的管板。在堆焊工藝實(shí)施過程中，以下幾個關(guān)鍵措施是保證最終獲得合格管板的重要前提。

(1)管板在堆焊前在厚度方向留加工余量和預(yù)留反變形量，在抵抗管板變形過程中起了很大作用;

圖3 專用支座尺寸Figure 3 Special supporting block size

圖4 熱處理規(guī)范Figure 4 Heat treatment specification

(2)弧形板夾具在焊接及熱處理的過程中沒有出現(xiàn)變形和斷裂的現(xiàn)象，說明弧形板夾具的約束效果比較明顯;

(3)管板夾具打開后沒有出現(xiàn)較大的彈性回彈，說明耐蝕層堆焊后進(jìn)爐進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理是必要的;

(4)采用正確的堆焊順序和在熱處理時采用鞍座支撐的方式，可以有效的減少管板的變形量。

圖5 管板堆焊后的加工尺寸Figure 5 Machining dimension of tube sheet after build-up welding

［1］JB/T4730—2005，承壓設(shè)備無損檢測［S］.

［2］ASME，壓力容器建造規(guī)程第Ⅱ卷C篇(2010版):焊條、焊絲及填充金屬［S］.

［3］NB/T47015—2011，壓力容器焊接規(guī)程［S］.

編輯 杜 敏

Build-up Welding Technology of Larger Diameter 16Mn Tube Sheet

W ei Naran，Liu M ingliang

Regarding to issues of uneven build-up welding layer thickness and hard control ofwelding deformation caused by sheet surface deformation and plain degree error in the process of build-up welding of larger diameter tube sheet，analysis and research have been conducted and reasonable and implemental technicalmeasure have been established，further qualified tube sheet products have been produced.

larger diameter tube sheet;build-up welding;deformation;technology

TG44

B

2013—10—14