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Q245R鋼埋弧橫焊焊接工藝評定試驗進行研究，確定了合適的焊接工藝，為今后大型壓力容器的現場立式組裝，采用埋弧橫焊焊接工藝提供了參考。

關鍵詞：大型壓力容器;埋弧橫焊;焊接工藝評定

0 引言

隨著石油化工行業的發展，其生產裝置越來越大型化。某石化公司年產550萬t原油的催化熱裂解裝置再生器屬于直徑超大、嚴重超重的設備，單臺設備重量達1 016 t，最大直徑達15 800 mm，高度達56 600 mm，設備最小壁厚40 mm，設備采用現場整體交貨方式交貨。

催化熱裂解再生器無法采用道路運輸方式，需在項目現場進行加工制造，增加了施工難度。該石化公司年產550萬t原油的催化熱裂解項目位于我國東北地區，冬季時間漫長，項目一年可施工天數較短，對設備的制造工期提出了嚴峻挑戰。對于大直徑壓力容器設備的現場施工，設備直徑較大、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，因此采用傳統的埋弧焊焊接方法經濟性較差，而采用焊條電弧焊方法較難保證一次探傷合格率，制造周期相對較長，無法滿足項目進度要求。為此，本文研究將設備現場立式組裝，對接環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壓力容器行業中的應用還較少。

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。Q245R鋼焊接性能良好，正確選用匹配的焊接材料不易產生焊接裂紋，重點需要考慮埋弧橫焊的焊接工藝問題，相較于傳統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，常規的焊接坡口無法適應立式設備的埋弧橫焊工藝。因此，本文對焊接坡口進行了對比試驗，坡口既要能實現埋弧橫焊焊接，又要綜合考慮焊工可操作性，焊接填充量要少，以節省焊材，縮短制造周期。

（2）焊接探傷合格率不高，易產生夾渣、氣孔、未熔合、咬邊等缺陷。焊縫背面不易一次成型，需要碳弧氣刨進行清根，增加了焊工勞動強度和作業時間。本文通過設計工裝，保證焊縫根部一次成型，通過射線拍片檢測和彎曲試驗，檢測焊縫根部缺陷情況。

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

2 埋弧橫焊焊接工藝試驗評定

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

2.1? ? 焊接坡口設計

本項目焊接試板采用Q245R鋼，試板規格：38 mm×140 mm×600 mm（厚度×寬度×長度）試板2件，坡口間隙嚴格控制在2～3 mm，2種坡口形式設計如圖1所示。

2.2? ? 制定焊接工藝

該大型壓力容器若采用？準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，不需要焊前進行預熱;保證焊接試板的室溫環境，焊接溫度控制在不大于230 ℃。焊接工藝參數如表1所示。

2.3? ? 焊接試板

本項目使用上海兆鋒埋弧橫焊焊機分別焊接2種坡口形式的試板，并進行對比試驗。經試驗對比，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，按照焊接工藝參數進行焊接，焊縫根部一次成型，不需要碳弧氣刨進行清根，焊縫外觀成型良好。

2.4? ? 無損檢測

焊接接頭按照《承壓設備無損檢測》（NB/T 47013—2015）進行100%射線檢測，結果顯示II級合格;經過100%超聲波檢測，結果顯示I級合格;經過100%磁粉檢測，結果顯示I級合格。

2.5? ? 爐內消應力熱處理

爐內升溫至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? ? 力學性能試驗

本文采用坡口2形式的焊接試板按照《承壓設備用焊接工藝評定》（NB/T 47014—2011）進行力學性能試驗，接頭力學性能如表2所示。

本項目按照《承壓設備用焊接工藝評定》規定進行焊接試件、檢驗試樣的測定性能，焊接接頭力學性能滿足相關標準和技術要求，該焊接工藝評定合格。

3 結語

（1）埋弧橫焊焊接工藝可用于Q245R鋼制大型壓力容器現場的立式組焊，其性能指標和無損檢測均可滿足要求，極大地提高了大型化工設備現場焊接的生產效率，降低了生產成本。

（2）埋弧橫焊焊接采用合理的工藝及工裝，能夠實現環焊縫不單獨使用手工焊進行打底，背面即可一次成型的目的，不用碳弧氣刨進行清根操作，減輕了焊工勞動強度，節省了生產制作周期。

[參考文獻]

[1] 中國焊接協會.鍋爐壓力容器焊接實用手冊[M].北京：機械工業出版社，2015.

[2] 中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第2卷）[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3] 承壓設備用焊接工藝評定：NB/T 47014—2011[S].

收稿日期：2020-08-08

作者簡介：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。