CO2氣體保護(hù)焊在加氫產(chǎn)品制造中的應(yīng)用

1、CO2氣體保護(hù)焊在加氫產(chǎn)品制造中的應(yīng)用上海鍋爐有限公司 張良成 朱文健 黃光武    摘要 本文主要介紹CO2氣體保護(hù)焊進(jìn)行不銹層的堆焊的工藝試驗(yàn)和工藝評(píng)定，并應(yīng)用于加氫產(chǎn)品中，取得良好效果。關(guān)鍵詞：加氫產(chǎn)品 CO2氣體保護(hù)焊 堆焊 0           前 言我廠(chǎng)繼成功地為鎮(zhèn)海石油化工總廠(chǎng)制造了560t加氫裂化反應(yīng)器之后，又相繼為茂名石化總廠(chǎng)和廣州石化總廠(chǎng)成功地制造了兩臺(tái)440t渣油加氫脫硫反應(yīng)器和一臺(tái)220t加氫精制反應(yīng)器。加氫反應(yīng)器的總體

2、結(jié)構(gòu)基本類(lèi)似，都是由筒體、封頭和大小不同的接管所組成，這些筒體與筒體、筒體與封頭、筒體與接管之間焊接后的連接處內(nèi)壁均需堆焊耐腐蝕的不銹鋼還有大大小小的接管內(nèi)壁、接管端面與法蘭密封面也需堆焊不銹鋼，以及筒體內(nèi)壁的凸臺(tái)表面亦需進(jìn)行不銹鋼堆焊。有些可用30（）mm的窄帶極，但由于設(shè)備、臺(tái)位等諸多方面的因素而無(wú)法采用帶極堆焊，所以只好采用手工電弧焊進(jìn)行堆焊，總堆焊面積達(dá)2030m2左右，約用不銹鋼焊條46t，工作量之大可想而知。雖然手工電弧焊在整個(gè)焊接領(lǐng)域中點(diǎn)著很大的比例，它有著操作簡(jiǎn)便靈活的優(yōu)點(diǎn)，但由于焊條比較短，在焊接時(shí)需經(jīng)常更換。以560t加氫筒體內(nèi)壁補(bǔ)堆焊一圈（一條）焊道為例，手工電弧焊堆焊需

3、換焊條50次左右。另外不銹鋼焊條在稍大電流下焊接，焊條就會(huì)發(fā)紅，熔化不良，為此有時(shí)較長(zhǎng)的發(fā)紅焊條頭只好棄之不用，造成焊條損耗較大，同時(shí)焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度也較大，而且它的質(zhì)量與焊工的操作技能、焊工的體力和情緒密切相關(guān)。這些方面稍有波動(dòng)就會(huì)影響焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性。隨著生產(chǎn)制造的不斷改進(jìn)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了加強(qiáng)生產(chǎn)進(jìn)度，穩(wěn)定堆焊質(zhì)量，減少焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約焊接材料，我廠(chǎng)在采用手工電弧焊進(jìn)行堆焊的同時(shí)，及時(shí)地采用了用CO2氣體作為保護(hù)氣體的藥芯焊絲自動(dòng)堆焊。CO2氣體保護(hù)藥芯焊絲堆焊具有焊道整齊，可連續(xù)施焊幾個(gè)小時(shí)的特點(diǎn)。在筒體對(duì)接處，內(nèi)壁堆焊用電焊條補(bǔ)堆需更換焊條50次左右，接頭很多，而CO2氣體

4、保護(hù)焊只有一個(gè)接頭，大大減少了焊道中的接頭，減少了換焊條的時(shí)間，另外，CO2氣體保護(hù)焊的焊道每層厚度4mm左右，而手工電弧堆焊厚度只有2mm左右，可提高工效兩倍多，此外CO2氣體保護(hù)焊用的是藥芯焊絲，焊道藥皮很薄，極易去除，不易出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象等。上述種種的特點(diǎn)說(shuō)明CO2氣體保護(hù)焊比手工電弧焊更能在加氫產(chǎn)品的制造中發(fā)揮很大的作用。1           焊接工藝評(píng)定   我廠(chǎng)根據(jù)實(shí)際的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和堆焊要求，分別采用試板和試環(huán)做了兩種工藝評(píng)定。評(píng)定用基本金屬母材和產(chǎn)品一樣的2.25

5、CrMo鍛件，其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表1和表2。表1 2.25 CrMo鍛件化學(xué)成分化學(xué)成分CSiMnPSCrMoSb標(biāo)準(zhǔn)值0. 0100.90 試板試環(huán) 化學(xué)成分SnAsNiCuHJX標(biāo)準(zhǔn)值2×10-615020試板2×10-6試環(huán)2×10-6 表2 2.25 CrMo鍛件力學(xué)性能 常 溫427沖擊韌性-210沖擊韌性-2-30硬度/HBb/MPa/MPa(%)(%)/MPa(%)(%)標(biāo)準(zhǔn)值5206863141940242194078(平均值)63(單個(gè)值)69(平均值)60 (單個(gè)值)220試板556417278338322

6、82368368368368試環(huán)53739330823092482368368368368  超低碳不銹鋼堆焊材料是從神戶(hù)制鋼所進(jìn)口的，過(guò)渡層藥芯焊絲牌號(hào)GFW309L，不銹層藥芯焊絲牌號(hào)GFW347L，焊絲其化學(xué)成分見(jiàn)表3。表3 藥芯焊絲化學(xué)成分（%）化學(xué)成分CSiMnPSNiCrMoCuSbGfw309l Gfw347l   1.2 堆焊評(píng)定簡(jiǎn)要工藝在過(guò)濾層堆焊前試板（試環(huán)）預(yù)熱（100120）過(guò)渡層堆完后立即進(jìn)行（350400）×2h的去氫處理，并對(duì)過(guò)渡表面進(jìn)行100%著色檢查，合格后再連續(xù)堆焊二層不銹層，其堆焊層總高度8mm，

7、主要堆焊參數(shù)見(jiàn)表4。堆焊試板經(jīng)（690±10）×26h最終熱處理后進(jìn)行100%著色和超聲波探傷。1.3 堆焊層性能試驗(yàn)按照產(chǎn)品技術(shù)要求和相關(guān)法規(guī)對(duì)評(píng)定試板（試環(huán)）進(jìn)行了解剖取樣。 表4 藥芯焊絲自動(dòng)堆焊參數(shù)堆焊層數(shù)堆焊層厚度/mm焊接線(xiàn)能量-1預(yù)熱溫度/氣體流量-1層間溫度/過(guò) 度 層311201001201220150不銹層(一)31182 1220150不銹層(二)31182 1220150 試樣經(jīng)嚴(yán)格的性能測(cè)試，其結(jié)果完全達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求和相關(guān)法規(guī)的規(guī)定，詳見(jiàn)表5表8。 表5 堆焊層大小側(cè)彎試驗(yàn) 取樣部位試樣類(lèi)型彎軸尺

8、寸彎曲角度結(jié)果試板堆焊層+母材大、小側(cè)彎D=4T =180°堆焊層及熱影試環(huán)堆焊層+母材大、小側(cè)彎D=4T=180°響區(qū)均不裂 表6 堆焊層大小側(cè)彎試驗(yàn) 取樣部位檢查結(jié)果試板堆焊層表面下3范圍內(nèi)堆焊層組織為奧低體+少量鐵素體，過(guò)熱區(qū)為貝氏體，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷試環(huán) 表7 堆焊層化學(xué)成分 CSiMnSPCrNiMoCuNb要求18219118×C試板試環(huán) 表8 堆焊層其它測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試試件測(cè)試結(jié)果試板堆焊層與母材熔合面的剪切強(qiáng)度按ASMESA263圖1方法:b=393442MPa堆焊層表面下3處鐵素體含量為4.1%堆焊層表

9、面硬度值:183,185,185試環(huán)堆焊層與母材熔合面的剪切強(qiáng)度按ASMESA263圖1方法:b=315340MPa堆焊層表面下3處鐵素體含量為5%堆焊層表面硬度值:177,185,196 2 產(chǎn)品堆焊2.1 筒體內(nèi)壁及凸臺(tái)表面堆焊加氫反應(yīng)器制造在焊接生產(chǎn)中所使用的CO2氣體保護(hù)焊焊機(jī)由伊莎（ESAB）公司生產(chǎn)，型號(hào)為L(zhǎng)AH500。焊槍采用氣冷卻保護(hù)，焊接電纜長(zhǎng)約3m，可伸入筒體內(nèi)壁3m處進(jìn)行堆焊。焊絲采用日本進(jìn)口的不銹鋼藥芯焊絲，一盤(pán)焊絲可連續(xù)的焊接。由于CO2氣體保護(hù)焊的焊接電纜較粗（30mm）又較長(zhǎng)（3m），焊槍又比手工焊鉗重，焊工手持操作時(shí)間一長(zhǎng)就發(fā)酸，易抖動(dòng)。另外，產(chǎn)品堆焊

10、過(guò)渡層時(shí)筒體要預(yù)熱（100120），人站在筒體上面，受到熱量的輻射，既使站在鋪著的石棉布上施焊鞋底也會(huì)發(fā)燙。焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度大，勢(shì)必會(huì)影響施焊的穩(wěn)定性和質(zhì)量。為此我們根據(jù)筒體內(nèi)壁堆焊的特點(diǎn)，自制了一個(gè)簡(jiǎn)易焊接工裝架子，電纜線(xiàn)可綁在架子上，焊槍固定在架子前面可任意轉(zhuǎn)動(dòng)，上下變換角度。堆焊前需調(diào)節(jié)好翻轉(zhuǎn)架，注意筒體轉(zhuǎn)動(dòng)一圈后的位移尺寸，調(diào)整好焊槍的位置的角度以及導(dǎo)電嘴與工件的距離。堆焊時(shí)焊槍固定，筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣使手工操作焊變?yōu)闄C(jī)械半自動(dòng)焊，減少了焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度。同樣一圈（一條）焊道，手工電弧堆焊需1h，而CO2氣體保護(hù)堆焊只需。施焊質(zhì)量穩(wěn)定，CO2氣體保護(hù)堆焊的產(chǎn)品不銹層經(jīng)著色、超聲波探傷以及產(chǎn)品不

11、銹層取樣作化學(xué)分析，全部符合加氫產(chǎn)品技術(shù)要求。   接管內(nèi)壁堆焊接管內(nèi)壁堆焊設(shè)備是由哈爾濱焊接研究所提供的，其型號(hào)為HZU350。堆焊管內(nèi)徑50300mm，管外徑100800mm，長(zhǎng)度小于2 000mm，焊接電流可調(diào)范圍50500A。堆焊機(jī)的控制裝置主要由堆焊程度、機(jī)頭擺動(dòng)、弧長(zhǎng)調(diào)節(jié)、保護(hù)氣、冷卻水循環(huán)、堆焊機(jī)床動(dòng)作等控制系統(tǒng)組成。機(jī)械裝置利用匈牙利加長(zhǎng)630車(chē)床改裝，實(shí)現(xiàn)工件的夾緊、旋轉(zhuǎn)、支承等功能。同樣施焊質(zhì)量穩(wěn)定，CO2氣體保護(hù)堆焊的產(chǎn)品不銹層經(jīng)著色、超聲波探傷以及產(chǎn)品不銹層取樣化學(xué)分析，全部符合加氫產(chǎn)品技術(shù)要求。 3 結(jié) 論加氫產(chǎn)品制造中的不銹層堆焊，采用的CO2氣體保護(hù)堆焊工藝方法比手工電弧焊堆焊有如下明顯優(yōu)勢(shì)：進(jìn)一步穩(wěn)定了堆焊質(zhì)量，焊道整齊，一圈只有一個(gè)焊道接頭。焊接效率較之手工電弧堆焊提高了一倍，減少了換焊條的次數(shù)，可以筒體一邊轉(zhuǎn)，一邊進(jìn)行堆焊，縮短了焊接周期。以一條環(huán)縫補(bǔ)堆不銹層為例，可節(jié)約工時(shí)約150h。減少了焊材的損耗。以一條環(huán)縫補(bǔ)堆不銹層為例，采用CO2氣體保護(hù)堆焊后，與手工焊條相比，初步估計(jì)可節(jié)約焊材約45。減輕了焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，由于采用了自制架子進(jìn)行堆焊，焊工可不用拿焊槍手把，只需在旁