進料器封頭接管焊接變形控制

王銳/中國第一重型機械股份公司核電石化事業部

進料器封頭接管焊接變形控制

王銳/中國第一重型機械股份公司核電石化事業部

分析進料器焊接變形的影響因素，分析了焊接接頭特征，對產品接頭的焊接從裝配、焊接預熱后熱、層間溫度、焊接工藝、變形控制和變形檢測以及最終的檢查做簡單介紹。

焊接；進料器；變形控制；接管

進料器是煤氣化設備中用來保存和連續供送煤粉的設備。我公司生產的進料器其內徑為Φ3440mm，總長12300m，壁厚最小處60mm，其中封頭上有Φ247～Φ478。5大小不等的接管13個，不僅包含插入和固定煤粉供料管線的接管和法蘭，還包含填充水平高度檢測管線的插入和固定用的接管和法蘭。由于封頭的接管比較密集，因此如何控制在接管裝焊過程中的變形和位置度是裝焊的難點。本文就封頭接管裝焊過程中采取的工藝預防措施和控制變形措施做簡單介紹。

一、進料器母材和選用焊材

1.此產品采用ASME規范和國內壓力容器法規TSG R0004－2009《固定式壓力容器安全技術監察規程》雙控制標準，母材為SA－516M GR.485，母材化學成分（見表1）及力學性能（見表2）。

表1 母才化學成分 （％）

2.焊接材料。根據母材的成分及性能決定選用抗氫誘發裂紋用鋼焊條CHE507SHA，規格直徑為 Φ5mm和Φ4mm。

二、裝配工藝措施

由于封頭的接管比較密集，各接管孔之間距離較小，致使封頭的剛性較差，焊接過程中極易產生變形。在活件裝焊過程中，采用了剛性固定支撐，選擇合理的裝焊順序，焊后消應力處理等多種工藝措施控制變形。封頭上所有開孔均采用機械加工的方法。

對于斜接管T10和筒體軸線夾角精度達到20°±0.5°，對裝配提出了較高的要求。只有裝配準確，才能保證焊接質量和焊接變形的有效控制。裝配時首先將封頭置于水平位置，在坡口開孔筒體內側兩個方向焊接定位塊，借助于兩塊角度精確加工裝加強筋板，實現斜插接管和筒體之間的準確角度控制。對于中間接管T6。1～4采用如下輔具，保證四個接管裝配時的平面度和裝配尺寸。

在裝配后，用相應的設備對關鍵尺寸進行檢測，以便保證裝配精度。

焊后需要按照圖紙將焊縫與母材打磨圓滑過渡R40，打磨后用樣板比對。

三、焊接工藝

1.焊接方法。綜合考慮工件焊接質量、生產效率，對于這種形式的焊接接頭，由于空間形狀復雜，不易實現機械化焊接，本工件選擇常用的手工電弧焊進行焊接。

2.工藝參數。根據母材特點確定工藝參數（見表3）。

表3 焊接工藝參數

3.焊材烘干。焊條使用前應按說明書規定烘干，350～400℃，保溫1－2小時，升溫及降溫速度不能太快，以免藥皮開裂，影響焊接質量。烘干后焊條放入保溫桶內，隨用隨取。

4.焊前清理及檢查。焊前將坡口及坡口外150mm范圍內影響焊接質量的氧化皮、銹、油污等雜質用砂輪清理干凈。在組裝焊接之前，必須仔細檢查來料尺寸及坡口形式是否正確，符圖后才能裝配。

5.焊接溫度。預熱溫度的選擇主要取決于母材及焊接材料成分、厚度、剛性結構、焊接方法及環境溫度，目的是減小焊接區與工件整體之間的溫度差，降低接頭的冷卻速度，改善應力狀況減少焊接殘余應力及變形，防止冷裂紋產生。焊接接管時，采用環形加熱管對坡口兩側100mm范圍內進行加熱，加熱溫度為100～150℃，要求受熱均勻。其中層間溫度不得超過150℃，層間溫度過高可能產生附加應力，而且會促進裂紋的產生，因此要嚴格控制層間溫度不能高。

6.焊接順序。由于，封頭接管尺寸精度要求嚴格，且封頭接管較多，如果焊接順序不合理，將產生難以修復的收縮、扭曲等焊接變形。所以要選擇合理的焊接順序和規范來控制焊接后變形量。采取兩人對稱焊接既可以控制焊接變形又可以提高工作效率。

具體焊接順序為：

（1）T11。1、T11。2、R1

（2）T1、T2、T3、T4

（3）T10

（4）T6.1、T6.2、T6.3、T6.4（此四個接管先焊完里面翻個氣刨清根封根后再焊其他接管直至焊完。這樣焊接應力能均勻分布，能將變形控制在最佳狀態。）

（5）R8

7.焊后消氫。焊后立即消氫，300～350℃2小時，然后保溫緩冷。再進行其他接管焊接。

8.焊后無損檢測。焊后打磨符圖并符合探傷要求，按照JB／T4730和ASME標準探傷焊縫一次合格。

9.焊后消應力處理。焊后消除應力熱處理主要作用是消除焊后殘余應力，改善焊縫及熱影響區的組織成分，提高焊接接頭性能，特別是焊接接頭的韌性。由于此封頭上接管焊縫較多，使封頭內部產生了很大的殘余應力，必須加以釋放焊后消除應力580℃±20℃，保溫4小時，升溫、降溫不超過55℃／小時，≤350℃出爐空冷。

通過消除應力處理，穩定了結構尺寸，將變形量控制在最小范圍內。用于固定的工藝拉筋在熱處理后封頭裝配前才能去除。

四、尺寸檢查

采用上述多項工藝措施，使預防和控制上封頭的焊接變形工作取得了顯著的效果，各項指標均達到了設計要求及施工標準。

⑴各接管距上封頭切線±8mm；⑵開口角度及方位偏差±0.5°；⑶法蘭至軸線距離±2.5°；⑷周向位置±1°

五、結語

進料器封頭接管在焊接過程中合理的選擇工藝參數，裝焊過程采取了多種工藝措施預防和控制變形，并選擇合理的焊接順序。最終使進料器封頭接管的焊接工作達到了預期的效果，滿足了圖紙要求。