大型壓力容器埋弧橫焊焊接工藝研究

楊寶峰 荊志龍 魏凌霄 齊慶

摘要：介紹了Q245R鋼埋弧橫焊焊接工藝需要解決的問題及措施，通過對(duì)Q245R鋼埋弧橫焊焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)進(jìn)行研究，確定了合適的焊接工藝，為今后大型壓力容器的現(xiàn)場(chǎng)立式組裝，采用埋弧橫焊焊接工藝提供了參考。

關(guān)鍵詞：大型壓力容器;埋弧橫焊;焊接工藝評(píng)定

0 引言

隨著石油化工行業(yè)的發(fā)展，其生產(chǎn)裝置越來越大型化。某石化公司年產(chǎn)550萬t原油的催化熱裂解裝置再生器屬于直徑超大、嚴(yán)重超重的設(shè)備，單臺(tái)設(shè)備重量達(dá)1 016 t，最大直徑達(dá)15 800 mm，高度達(dá)56 600 mm，設(shè)備最小壁厚40 mm，設(shè)備采用現(xiàn)場(chǎng)整體交貨方式交貨。

催化熱裂解再生器無法采用道路運(yùn)輸方式，需在項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行加工制造，增加了施工難度。該石化公司年產(chǎn)550萬t原油的催化熱裂解項(xiàng)目位于我國東北地區(qū)，冬季時(shí)間漫長，項(xiàng)目一年可施工天數(shù)較短，對(duì)設(shè)備的制造工期提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對(duì)于大直徑壓力容器設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)施工，設(shè)備直徑較大、剛性較低，臥式放置容易變形，需要大量焊接工裝保證筒體的圓度，且筒體組焊后部件翻身施工難度較大，因此采用傳統(tǒng)的埋弧焊焊接方法經(jīng)濟(jì)性較差，而采用焊條電弧焊方法較難保證一次探傷合格率，制造周期相對(duì)較長，無法滿足項(xiàng)目進(jìn)度要求。為此，本文研究將設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)立式組裝，對(duì)接環(huán)焊縫采用埋弧橫焊焊接工藝可以有效解決以上問題。目前，埋弧橫焊焊接工藝在國內(nèi)壓力容器行業(yè)中的應(yīng)用還較少。

1 Q245R鋼埋弧橫焊焊接工藝需要解決的問題及措施

Q245R鋼滿足《鍋爐和壓力容器用鋼板》（GB/T 713—2014）要求，鋼板為正火狀態(tài)。Q245R鋼焊接性能良好，正確選用匹配的焊接材料不易產(chǎn)生焊接裂紋，重點(diǎn)需要考慮埋弧橫焊的焊接工藝問題，相較于傳統(tǒng)的埋弧平焊焊接工藝，其需要解決以下問題：

（1）橫焊位置鐵水下淌，常規(guī)的焊接坡口無法適應(yīng)立式設(shè)備的埋弧橫焊工藝。因此，本文對(duì)焊接坡口進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，坡口既要能實(shí)現(xiàn)埋弧橫焊焊接，又要綜合考慮焊工可操作性，焊接填充量要少，以節(jié)省焊材，縮短制造周期。

（2）焊接探傷合格率不高，易產(chǎn)生夾渣、氣孔、未熔合、咬邊等缺陷。焊縫背面不易一次成型，需要碳弧氣刨進(jìn)行清根，增加了焊工勞動(dòng)強(qiáng)度和作業(yè)時(shí)間。本文通過設(shè)計(jì)工裝，保證焊縫根部一次成型，通過射線拍片檢測(cè)和彎曲試驗(yàn)，檢測(cè)焊縫根部缺陷情況。

（3）焊接接頭在-20 ℃低溫下的沖擊功較低，不易滿足技術(shù)要求。為此，本文編制了焊接工藝參數(shù)，采用多層多道、低線能量、快速焊方法，通過焊接接頭力學(xué)性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了焊接工藝的合理性。

2 埋弧橫焊焊接工藝試驗(yàn)評(píng)定

埋弧橫焊焊接坡口采用K型坡口，接頭下側(cè)母材不開坡口，通過數(shù)控火焰切割下料，打磨見金屬光澤;接頭上側(cè)母材采用K型坡口，通過半自動(dòng)火焰切割，打磨見金屬光澤。本文通過40°和45° 2種坡口角度的對(duì)比試驗(yàn)分析，選擇出最佳坡口形式。

2.1? ? 焊接坡口設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目焊接試板采用Q245R鋼，試板規(guī)格：38 mm×140 mm×600 mm（厚度×寬度×長度）試板2件，坡口間隙嚴(yán)格控制在2～3 mm，2種坡口形式設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.2? ? 制定焊接工藝

該大型壓力容器若采用？準(zhǔn)4.0 mm的埋弧焊絲焊接，鐵水下淌無法保證成型，因而選擇？準(zhǔn)3.2 mm的焊絲;考慮到焊接接頭-20 ℃的低溫要求，選擇堿性焊劑SJ101，不需要焊前進(jìn)行預(yù)熱;保證焊接試板的室溫環(huán)境，焊接溫度控制在不大于230 ℃。焊接工藝參數(shù)如表1所示。

2.3? ? 焊接試板

本項(xiàng)目使用上海兆鋒埋弧橫焊焊機(jī)分別焊接2種坡口形式的試板，并進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)對(duì)比，坡口1形式試板坡口角度小，焊接填充量小，但焊接過程出現(xiàn)未熔合和夾渣的缺陷，工藝性較差;坡口2形式試板焊接過程未出現(xiàn)焊接缺陷，背面使用焊劑托板工裝，提前在焊縫背面灑滿焊劑，按照焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，焊縫根部一次成型，不需要碳弧氣刨進(jìn)行清根，焊縫外觀成型良好。

2.4? ? 無損檢測(cè)

焊接接頭按照《承壓設(shè)備無損檢測(cè)》（NB/T 47013—2015）進(jìn)行100%射線檢測(cè)，結(jié)果顯示II級(jí)合格;經(jīng)過100%超聲波檢測(cè)，結(jié)果顯示I級(jí)合格;經(jīng)過100%磁粉檢測(cè)，結(jié)果顯示I級(jí)合格。

2.5? ? 爐內(nèi)消應(yīng)力熱處理

爐內(nèi)升溫至400 ℃后，升溫速度60 ℃/h;加熱溫度為（620±10）℃，保溫300 min;以60 ℃/h降溫至400 ℃，出爐空冷。

2.6? ? 力學(xué)性能試驗(yàn)

本文采用坡口2形式的焊接試板按照《承壓設(shè)備用焊接工藝評(píng)定》（NB/T 47014—2011）進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，接頭力學(xué)性能如表2所示。

本項(xiàng)目按照《承壓設(shè)備用焊接工藝評(píng)定》規(guī)定進(jìn)行焊接試件、檢驗(yàn)試樣的測(cè)定性能，焊接接頭力學(xué)性能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求，該焊接工藝評(píng)定合格。

3 結(jié)語

（1）埋弧橫焊焊接工藝可用于Q245R鋼制大型壓力容器現(xiàn)場(chǎng)的立式組焊，其性能指標(biāo)和無損檢測(cè)均可滿足要求，極大地提高了大型化工設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)焊接的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。

（2）埋弧橫焊焊接采用合理的工藝及工裝，能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)焊縫不單獨(dú)使用手工焊進(jìn)行打底，背面即可一次成型的目的，不用碳弧氣刨進(jìn)行清根操作，減輕了焊工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省了生產(chǎn)制作周期。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第2卷）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[3] 承壓設(shè)備用焊接工藝評(píng)定：NB/T 47014—2011[S].

收稿日期：2020-08-08

作者簡(jiǎn)介：楊寶峰（1983—），男，山西盂縣人，工程師，從事壓力容器制造和焊接工藝工作。