加氫反應器30°彎管制造技術

包國平(天津寶成機械制造股份有限公司重裝事業(yè)部，天津300350)

加氫反應器是煉油廠加氫裝置中的關鍵設備，其設備在高溫、高壓、臨氫及硫化氫、連多硫酸腐蝕的苛刻環(huán)境下運行，設備設計采用抗氫鋼，且必須在與介質接觸的內壁堆焊不銹鋼材料，從而滿足設備使用要求。加氫反應器設備一般由筒體、上下封頭、接管法蘭和上下進出口彎管等部件組成，其中上下進出口彎管特殊，所以如何實現(xiàn)加氫反應器上下進出口彎管內壁不銹鋼堆焊是設備制造的關鍵環(huán)節(jié)。目前，由于設備能力、彎管尺寸及結構的原因，通常彎管制造采用的是分段堆焊后利用焊條電弧焊進行拼焊而成的工藝方法。本文重點介紹30°彎管的整個制造過程，如：投料展開、鍛造加工、下料、曲型、加工、堆焊等。

1 30°彎管制造流程

制造流程為：投料展開→煉鋼→鍛造→粗加工→檢測→精加工→分割→加熱→曲型→調質熱處理→性能→加工坡口→堆焊。

2 30°彎管制造工藝

2.1 投料展開

一般加氫反應器頂部彎管和底部彎管尺寸不同，所以分別單獨投料生產，但3個30°彎管投料時合鍛投料，曲型前分割，所以確定投料尺寸時需要對彎管進行展開，并排料，具體展開和排料方式如下：

投料總長=2×L+l+180 mm(加工量)+40 mm(割口量)+200 mm(性能復驗料)

其中L=π(R+D/2+δ)/6

圖1 彎管排料圖Figure 1 The blank distribution diagram for bend pipe

l=π(R-D/2)/6

式中，R為彎管曲率半徑；D為彎管內徑；δ為彎管壁厚。

彎管排料如圖1所示。

2.2 鍛造

按投料尺寸和產品技術條件要求進行鍛造，之后按圖紙要求粗加工，檢測合格后按產品圖紙及技術條件要求進行精加工和檢測，合格后轉下序。

2.3 下料

因彎管投料時3個彎管合鍛成直管，曲型前按圖紙要求進行號料和下料。號料前按圖紙尺寸展開制作專用樣板進行號料，彎管端面留30 mm加工量，割口留20 mm。下料采用火焰氣割方法進行下料，氣割時割口平整，寬度小于10 mm。

2.4 曲型

曲型采用壓力機完成，工藝方法為熱曲，具體曲型步驟及注意事項如下：

(1)選胎具。彎管曲型最好采用專用胎具進行曲型，但為降低制造成本和縮短生產周期，需要借用現(xiàn)有的胎具，選胎具原則如下：1)胎具的內徑比彎管外徑大0.8%～1%；2)胎具的角度必須大于或等于彎管角度；3)彎曲半徑與現(xiàn)產品彎曲半徑不能相差太大，一般≤±100mm。借用的胎具現(xiàn)狀無法滿足彎管曲型要求時，曲型前必須按工藝要求進行改造。

圖2 內支撐Figure 2 Inner support

圖3 支撐裝配形式Figure 3 Support assembly

(2)裝配內支撐。為了更好的保證彎管曲型質量及尺寸，曲型前管內需要用專用支撐固定彎管尺寸，支撐形式如圖2，裝配形式如圖3。

(3)工件加熱。彎管曲型前在爐內進行加熱，加熱溫度滿足曲型要求(950～1050℃)，加熱時3個彎管和復驗料同時進行。選加熱爐時盡量與壓力機較近，以保證曲型工作順利進行。

(4)曲型。彎管曲型采用壓力機完成。曲型過程中注意事項如下：1)胎具安裝時上下胎具中心必須在一個平面上。2)工件上胎具時必須對稱，以保證曲型角度。3)彎管曲型采用專用樣板進行交檢。4)曲型時準備工作盡量充分，保證曲型過程順暢一次成功，避免二次加熱校形，彎管曲型終止溫度應>750℃。5)曲型后用石棉布蓋好緩冷。

(5)清理、交檢。曲型后氣割拆除彎管內支撐，采用低應力沖頭在彎管表面打印爐(卡)號、圖號印記，并檢查彎管幾何尺寸和橢圓度符圖，合格后轉下序。

(6)調質。彎管曲型合格后按專用工藝進行調質，調質時性能試料與彎管同爐進行。

(7)檢測、噴砂。彎管調質性能合格后，用烤槍去除彎管內、外表面的氧化皮，并用砂輪打磨內外表面后進行磁粉檢測、超聲檢測。內、外表面噴砂除銹。

2.5 加工坡口

彎管環(huán)縫坡口采用鏜床加工，加工過程中必須保證彎管角度和焊接坡口，加工后焊縫坡口表面做100%磁粉檢測，之后彎管質量整體交檢，合格后轉下序。

2.6 內壁堆焊

30°彎管內壁堆焊工藝方法根據(jù)彎管直徑、重量、曲率半徑而定，常用的堆焊方法有SMAW方法堆焊、TIG方法堆焊、FCAW方法堆焊。若彎管內徑小于?160 mm，采用SMAW方法進行堆焊；若彎管外徑小于?550 mm或重量小于500 kg，采用TIG方法進行堆焊；其余彎管采用FCAW方法進行堆焊。

2.6.1 彎管SMAW方法堆焊

SMAW方法堆焊是最基本的堆焊方法，由于堆焊效率低、堆焊層表面不夠平整、勞動強度大，所以一般很少采用，只有彎管內徑小于?160 mm無法實現(xiàn)自動堆焊時才采用SMAW方法堆焊。SMAW方法堆焊時采用短弧操作直進焊，堆焊焊接規(guī)范、預熱溫度、層間溫度等要求詳見表1。一般彎管均3層堆焊，1層過渡層+兩層表層，從而達到圖紙要求。

2.6.2 彎管TIG方法堆焊

TIG堆焊方法是一種最常用的堆焊方法，具有堆焊質量好、堆焊效率高、勞動強度低等優(yōu)點。下面以2.25Cr-1Mo鋼30°彎管內壁堆焊TP309L+TP347雙層堆焊為例介紹30°彎管堆焊主要步驟和注意事項。

(1)確認工件上序合格，檢查尺寸，清理待堆焊面，輸入堆焊參數(shù)。

(2)彎管堆焊機上裝夾牢固，4爪均勻受力，堆焊過程中不能松動，并找正，劃堆焊起始線。

(3)采用液化石油氣火焰預熱工件，預熱溫度≥120℃，堆焊過程中工件溫度不得低于預熱溫度。

(4)彎管采用全自動TIG設備進行TP309L堆焊，焊材規(guī)格?1.2 mm不銹鋼實芯焊絲，堆焊過程中堆焊工藝規(guī)范、預熱溫度、層間溫度要求見表2。堆焊層距端面距離盡量相等，符合圖紙要求，以便于彎管組焊后焊縫背面堆焊不銹鋼。

表1 SAMW堆焊工藝規(guī)范Table 1 SAMW welding process specification

表2 全自動TIG堆焊工藝參數(shù)Table 2 Automatic TIG welding process parameters

(5)TP309L堆焊層外觀檢查。

(6)堆焊層緩冷至室溫后堆焊層表面采用無鐵離子砂輪進行打磨清理，滿足滲透檢測要求。

(7)堆焊層表面進行100%滲透檢測，檢測標準按相關技術條件要求。

(8)彎管堆焊機上裝夾牢固，4爪均勻受力，堆焊過程中不能松動，并找正，劃堆焊起始線裝夾，清理滲透檢測后的殘留物。

(9)彎管采用全自動TIG設備進行TP347堆焊，焊材規(guī)格?1.2 mm不銹鋼實芯焊絲，堆焊過程中堆焊工藝規(guī)范、層間溫度要求見表2。堆焊層數(shù)根據(jù)圖紙要求而定，若產品堆焊層總厚度要求6.5 mm，則TP347堆焊1層；若產品堆焊層總厚度要求7.5 mm，則TP347需要堆焊2層。堆焊層距端面距離盡量相等，符合圖紙要求，以便于彎管組焊后焊縫背面堆焊不銹鋼。

(10)按產品技術條件要求進行TP347堆焊層取樣、取樣處打磨檢測、取樣處補焊等，工作完成后堆焊層表面整體打磨清理，滿足滲透檢測要求。

(11)按技術條件要求對焊縫表面采用鐵素體測量儀測量TP347不銹鋼堆焊層鐵素體含量。

(12)堆焊層表面做100%滲透檢測、100%磁粉檢測，檢測標準按相關技術條件要求。

(13)彎管堆焊層質量整體進行交檢。

2.6.3 彎管FCAW方法堆焊

另一種常用的堆焊方法是FCAW堆焊，一般彎管外徑大于?550 mm或重量大于500 kg的彎管均采用FCAW方法堆焊。為了更好的保證堆焊層質量和降低勞動強度，利用垂直轉臺和專用十字滑架最終實現(xiàn)半自動FCAW堆焊，從而得到較好效果，很好的彌補了全自動TIG設備能力的局限性。FCAW堆焊順序與TIG堆焊基本相同。

2.7 組焊

30°彎管檢驗合格后與相應法蘭和接管采取合理的工藝順序進行裝焊，通常采用TIG+SMAW焊縫方法焊接，從而滿足加氫反應器制造需要。

3 結束語

(1)30°彎管制造技術已經成熟，每個環(huán)節(jié)的質量很穩(wěn)定，完全能滿足各種規(guī)格加氫反應器制造需要。

(2)30°彎管堆焊方法有3種，其中因全自動TIG堆焊方法堆焊層質量非常好、生產效率高、勞動強度低等優(yōu)點，所以在生產中廣泛應用，只有設備能力及彎管尺寸因素無法實現(xiàn)TIG堆焊時才選擇其它兩種堆焊方法。