小口徑管內(nèi)壁自動(dòng)堆焊工裝制作

張勝男 盧仲海 戴敬東

（1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730060）

（2.中石油第二建設(shè)有限公司， 甘肅 蘭州 730060）

某石化公司重油催化裂化裝置的低壓反應(yīng)器，該設(shè)備殼體材質(zhì)為Q345R+S11348，設(shè)備上有24個(gè)規(guī)格不同的小口徑接管，管徑從Φ159～Φ325mm，長度200～900mm， 均要求在接管內(nèi)壁上堆焊復(fù)合層。但在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，按照以往的大口徑接管堆焊工藝和方法，無法實(shí)現(xiàn)小口徑管內(nèi)壁堆焊，這對制造工藝提出了很大挑戰(zhàn)。為了解決這一難題，通過對現(xiàn)有設(shè)備工裝設(shè)計(jì)制造及各種焊接方法的對比，最終確定采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊（FCAW）進(jìn)行接管內(nèi)壁堆焊,利用廠房現(xiàn)有的氣保焊工作站，采用訂制的焊槍及自制的焊槍支架實(shí)現(xiàn)了該設(shè)備小口徑接管內(nèi)壁的堆焊工作。

1 堆焊方法的確定

以往堆焊經(jīng)常采用埋弧焊進(jìn)行，但埋弧自動(dòng)焊焊接機(jī)頭較大，最大處尺寸為350mm，無法伸入到Φ159～Φ325 接管內(nèi)壁，也就是埋弧焊不適用于小管徑內(nèi)壁堆焊。

而若采用焊條電弧焊，勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境差，焊接質(zhì)量受焊工個(gè)人技能優(yōu)與劣影響較大，焊接效率遠(yuǎn)低于自動(dòng)焊，焊縫外觀成形均勻性較差，也就是焊縫外觀質(zhì)量低于自動(dòng)焊，且管徑太小或者管長過長都不能實(shí)現(xiàn)焊接施工。

而藥芯焊絲氣體保護(hù)焊（FCAW）堆焊方法，具有熔深小，熱輸入小，從而引起的熱變形較小，焊縫外觀成形好等特點(diǎn)，如果能利用廠房現(xiàn)有的焊接工作站，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)堆焊的方法，其效率將遠(yuǎn)高于手工堆焊，堆焊表面質(zhì)量也將大大提高。通過試驗(yàn)，我們最后確定采用二氧化碳FCAW 自動(dòng)堆焊方法進(jìn)行接管內(nèi)壁堆焊。

2 焊接工裝的制作

由于堆焊的接管管徑?。é?59～Φ325mm）且長度較長，而廠房現(xiàn)有氣保焊工作站的焊槍短，夠不到長管內(nèi)壁，所以我們訂制了長桿焊槍，將焊槍直管段加長950mm，這樣槍頭即可深入管子內(nèi)徑進(jìn)行焊接。

經(jīng)過試驗(yàn)焊槍能夠滿足長度900mm 以內(nèi)小口徑管管內(nèi)壁的堆焊，送絲效果順暢，氣體保護(hù)嘴能夠很好的聚集二氧化碳?xì)怏w，使熔池保護(hù)以及焊縫成形得到有力保證。

圖1 焊槍和支架裝配效果圖

考慮到焊槍長度較長，也就是說桿狀物體單獨(dú)伸入管內(nèi)壁，由于重力引起的力矩較大，使得焊槍向下垂落，并且容易發(fā)生抖動(dòng)，影響堆焊質(zhì)量的問題，我們特制作了焊槍支架，對焊槍進(jìn)行固定。

經(jīng)過試驗(yàn)焊槍支架對焊槍的固定作用效果非常好，焊接時(shí)焊槍抖動(dòng)現(xiàn)象大大降低、不規(guī)則的位移也降到了最低。

3 堆焊

堆焊前，將堆焊管件夾持在焊接變位機(jī)上，測量管件的水平度，確保管道與焊槍保持水平。堆焊時(shí)，由內(nèi)向外依次堆出，待工件夾持好后，調(diào)節(jié)設(shè)備參數(shù)，為保證焊接質(zhì)量，分別對焊接電流、電壓及變位機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行設(shè)置，保證焊道的成形效果，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，最終確定參數(shù)如表1 所示，堆焊示意如圖2 所示。即完成了接管自動(dòng)旋轉(zhuǎn)焊接，人手動(dòng)遙控水平位移的自動(dòng)堆焊過程。

表1 設(shè)備參數(shù)

堆焊過程中用紅外線測溫儀測量層間溫度，并采取壓縮風(fēng)持續(xù)不斷的吹接管外壁，使層溫控制在100℃以內(nèi)，最終得到成形較好的堆焊層。

該堆焊結(jié)果表明，制作的焊槍和支架能夠滿足小管徑內(nèi)壁堆焊的需要。采用該堆焊工藝參數(shù)焊接的試板，堆焊層的力學(xué)性能，鐵素體含量，化學(xué)成分均符合NB/T47014 和設(shè)計(jì)堆焊技術(shù)條件的要求。

采用此堆焊方法，分別對24 個(gè)接管內(nèi)壁進(jìn)行堆焊，依次按照接管內(nèi)壁車削，MT 檢測，管內(nèi)壁清洗，堆焊，焊后檢測的程序進(jìn)行，通過對堆焊的24 個(gè)冷低壓反應(yīng)器接管進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果均符合設(shè)計(jì)圖紙堆焊技術(shù)要求，從而按時(shí)完成了此次接管內(nèi)壁的堆焊工作。

4 結(jié)論

1)通過制作的焊接工裝，實(shí)現(xiàn)了口徑大于Φ133 接管的內(nèi)壁堆焊。

2)采用FCAW 堆焊由于焊接速度較快，焊接線能量較小，從而確保了熔敷金屬的化學(xué)成分，焊接熱變形也大大降低。