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加氫反應(yīng)器的焊接制造
一、概述
加氫反應(yīng)器是煉油化工行業(yè)中加氫裝置的核心設(shè)備，工作條件十分苛刻，要求設(shè)備既耐高溫(約400 ~ 450℃)、高壓(8 ~ 18mpa)，還要能抗氫腐蝕，為此，一般選用cr-mo耐熱鋼制造殼體，有的選用1cr-0.5mo或1．25cr-0.5mo-si，但更多的選用2.25cr-1mo鋼，為了適應(yīng)更高溫和抗氫性能更苛刻的條件，近年來(lái)又研制了3cr-1mo-0.25v及2.25cr-1mo-0.25v制造熱壁加氫反應(yīng)器。
從結(jié)構(gòu)形式講，加氫反應(yīng)器分冷壁加氫反應(yīng)器和熱壁加氫反應(yīng)器，20世紀(jì)60年代初由于冶煉水平與制造水平有限，加氫反應(yīng)器多數(shù)冷壁結(jié)構(gòu)形式，即在反應(yīng)器內(nèi)襯上很厚的大顆粒珍珠巖混凝土保溫層以保證反應(yīng)器殼體的壁溫不致過(guò)熱。20世紀(jì)70年代以后隨著技術(shù)的不斷發(fā)展逐漸由冷壁加氫反應(yīng)器轉(zhuǎn)向熱壁加氫反應(yīng)器。熱壁加氫反應(yīng)器克服了冷壁反應(yīng)器的不足，內(nèi)壁不需要襯保溫層，具有有效體積利用率高、施工周期短、生產(chǎn)維護(hù)方便、安全可靠等特點(diǎn)，因此為世界各國(guó)普遍采用并且向大型化發(fā)展。
二、加氫反應(yīng)器的焊接
現(xiàn)以 典型的加氫用鋼2.25cr-1mo制造的熱壁加氫反應(yīng)器殼體作為焊接實(shí)例介紹加氫熱壁反應(yīng)器的焊接。
某石化總廠一臺(tái)直徑為φ1 800mm，壁厚δ=108mm，長(zhǎng)度為30869mm的熱壁加氫反應(yīng)器。主殼體包括筒體、封頭，全部采用2.25cr-1mo鋼板制造，接管法蘭、彎管、直管全部采用2.25cr-1mo鍛件制造，所有部件內(nèi)壁堆焊雙層不銹鋼(309l+347l)耐蝕層。
在產(chǎn)品制造前，應(yīng)按產(chǎn)品技術(shù)條件和jb 4708《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》進(jìn)行以下評(píng)定：
① 用于筒體縱、環(huán)縫埋弧焊工藝評(píng)定一項(xiàng)；
② 用于接管法蘭環(huán)縫、彎管間環(huán)縫手工鎢極氬弧焊、焊條電弧焊工藝評(píng)定各一項(xiàng)；
③ 用于接管法蘭與殼體焊接焊條電弧焊工藝評(píng)定一項(xiàng)；
④ 用于筒體內(nèi)壁帶極堆焊工藝評(píng)定一項(xiàng)；
⑤ 用于封頭內(nèi)壁帶極堆焊工藝評(píng)定一項(xiàng)；
⑥ 用于φ內(nèi)<100mm的小管徑內(nèi)壁自動(dòng)鎢極氬弧堆焊工藝評(píng)定一項(xiàng)；
⑦ 用于彎管內(nèi)壁自動(dòng)鎢極氬弧焊工藝評(píng)定一項(xiàng)；
⑧ 用于φ內(nèi)≥100mm接管內(nèi)壁不銹鋼藥芯焊絲自動(dòng)堆焊一項(xiàng)；
⑨ 焊條電弧焊堆焊工藝評(píng)定一項(xiàng)；
以工藝評(píng)定以依據(jù)，編制指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)的焊接工藝規(guī)程。其主要零部件及主殼體焊接工藝規(guī)程如下：
1. 筒體縱、環(huán)縫
① 筒體材料 2.25cr-1mo(鋼板)
② 焊接位置 平焊
③ 焊接方法 窄間隙埋弧自動(dòng)焊+埋弧自動(dòng)焊
④ 焊材 焊絲：us-521s(日本神鋼) φ4。焊劑：pf-200(日本神鋼)。焊條（裝配、點(diǎn)焊用）：cma-106n(日本神鋼) φ4或φ5
⑤ 焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測(cè)→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃)→裝配、點(diǎn)焊→窄間隙埋弧自動(dòng)焊→焊接外坡口(層間溫度200 ~ 250℃)→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測(cè)→內(nèi)坡口埋弧自動(dòng)焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無(wú)損檢測(cè)(100％mt+100％ut+100％rt)。
⑥ 焊接參數(shù) 焊接電流i=500 ~ 550a； 焊接電壓u=28 ~ 30v； 焊接速度v=360 ~ 400mm/min。
2. 接管與法蘭焊接
① 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
② 焊接位置 水平轉(zhuǎn)動(dòng)。
③ 焊接方法 手工鎢極氬弧焊打底+焊條電弧焊。
④ 焊材 氬弧焊焊絲tgs-2cm(日本神鋼) φ2.4。焊條：cma-106n(日本神鋼) φ4或φ5。
⑤ 焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測(cè)→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點(diǎn)焊→手工鎢極氬弧焊打底(兩層、層間溫度200 ~ 250℃)→焊條電弧焊蓋面→后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無(wú)損檢測(cè)(100％mt+100％ut+100％rt)。
⑥ 焊接參數(shù)
a. 手工鎢極氬弧焊 電流i=160 ~ 180a；電壓u=15 ~ 17v；速度v= 80mm/min；氬氣流量16 ~ 18l/min；鎢極直徑d=2.4mm。
b. 焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
3. 接管法蘭與封頭焊接
①接管與下封頭焊接
a. 材料 接管2.25cr-1mo(鋼板)，封頭2.25cr-1mo(鋼板)。
b．焊接位置 平焊。
c．焊接方法 雙面焊條電弧焊。
d．焊材材料 cma-106n(日本神鋼) φ3.2mm，φ4mm，φ5mm。
e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測(cè)→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點(diǎn)焊→外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃，先用φ3.2mm焊條打1~2層底，再用φ4mm焊條焊兩層，然后用φ5mm焊條施焊)焊至外坡口1/3處→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測(cè)→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無(wú)損檢測(cè)(100％mt+100％ut+100％rt)。
f．焊接參數(shù) 電流iφ3.2=90 ~ 120a；電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，電壓uφ3.2=20 ~ 24v；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ3.2=100 ~ 120mm/min；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
② 大法蘭接管與上封頭焊接
a. 材料 接管2.25cr-1mo(鍛件)，封頭2.25cr-1mo(鋼板)。
b．焊接位置 平焊。
c．焊接方法 埋弧自動(dòng)焊+焊條電弧焊。
d．焊材材料 焊絲us-521s(日本神鋼) φ4。焊劑：pf-200(日本神鋼)。焊條：cma-106n(日本神鋼) φ4mm，φ5mm。
e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測(cè)→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點(diǎn)焊→外坡口埋弧自動(dòng)焊(層間溫度200 ~ 250℃)→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測(cè)→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無(wú)損檢測(cè)(100％mt+100％ut+100％rt)。
f．焊接參數(shù)
焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
埋弧自動(dòng)焊 焊接電流i=500 ~ 550a； 焊接電壓u=28 ~ 30v； 焊接速度v=360 ~ 400mm/min。
4. 接管法蘭與筒體焊接
① 大法蘭接管與筒體焊接
a. 材料 接管2.25cr-1mo(鍛件)，筒體2.25cr-1mo(鋼板)。
b．焊接位置 平焊。
c．焊接方法 埋弧自動(dòng)焊+焊條電弧焊。
d．焊材材料 焊絲us-521s(日本神鋼) φ2.4。焊劑：pf-200(日本神鋼)。焊條：cma-106n(日本神鋼) φ4mm，φ5mm。
e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測(cè)→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點(diǎn)焊→外坡口埋弧自動(dòng)焊(層間溫度200 ~ 250℃，焊至外坡口1/3處)→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測(cè)→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) → 外坡口埋弧自動(dòng)焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無(wú)損檢測(cè)(100％mt+100％ut+100％rt)。
f．焊接參數(shù)
焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
埋弧自動(dòng)焊 焊接電流i=300 ~ 380a； 焊接電壓u=28 ~ 32v； 焊接速度v=360 ~ 400mm/min。
② 小接管法蘭與筒體焊接
a. 材料 接管2.25cr-1mo(鍛件)，筒體2.25cr-1mo(鋼板)。
b．焊接位置 平焊。
c．焊接方法 雙面焊條電弧焊。
d．焊材材料 cma-106n(日本神鋼) φ3.2mm，φ4mm，φ5mm。
e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測(cè)→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點(diǎn)焊→外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃，先用φ3.2mm焊條打1 ~ 2層底，再用φ4mm焊條焊兩層，然后用φ5mm焊條施焊)焊至外坡口1/3處→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測(cè)→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無(wú)損檢測(cè)(100％mt+100％ut+100％rt)。
f．焊接參數(shù) 電流iφ3.2=90 ~ 120a；電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，電壓uφ3.2=20 ~ 24v；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ3.2=100 ~ 120mm/min；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
5. 90°彎管間環(huán)縫焊接
a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b．焊接位置 水平轉(zhuǎn)動(dòng)。
c．焊接方法 手工鎢極氬弧焊+焊條電弧焊。
d．焊材材料 見(jiàn)表
90°彎管間環(huán)縫焊材
e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測(cè)→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點(diǎn)焊→手工鎢極氬弧焊打底(兩層、層間溫度200 ~ 250℃)→焊條電弧焊蓋面→后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無(wú)損檢測(cè)(100％mt+100％ut+100％rt)。
f．焊接參數(shù)
手工鎢極氬弧焊 焊接電流i=160 ~ 180a； 焊接電壓u=15 ~ 17v； 焊接速度v=80mm/min；氬氣流量16 ~ 18l／min；鎢極直徑d=2.4mm。
焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
6. 內(nèi)壁耐蝕層堆焊
① 封頭內(nèi)壁堆焊
a. 堆焊位置 平焊(堆焊時(shí)將封頭放置于變位機(jī)上，堆焊時(shí)保證堆焊位置始終處于平焊狀態(tài))。
b. 堆焊方法 埋弧帶極堆焊
c. 堆焊材料 見(jiàn)表
封頭內(nèi)壁耐蝕層堆焊焊材
注意因封頭是曲面，采用hj107、hj107nb焊劑與同類(lèi)型進(jìn)口焊劑相比，其熔深大，使堆焊層結(jié)合面不容易產(chǎn)生夾渣，堆焊質(zhì)量好。
d. 堆焊工序 預(yù)熱封頭(預(yù)熱溫度≥150℃) →埋弧帶極堆焊過(guò)渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →埋弧帶極堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(pt) →結(jié)合面無(wú)損檢測(cè)(ut)。
e. 焊接參數(shù) 干伸長(zhǎng)：15mm。焊道搭接量：6mm。過(guò)渡層：電流i=700 ~ 800a，電壓u=30 ~ 32v，焊接速度v=175mm/min。蓋面層：電流i=700 ~ 800a，電壓u=30 ~ 32v，焊接速度v=165mm /min。
② 筒體內(nèi)壁堆焊
a. 堆焊位置 平焊。
b. 堆焊方法 埋弧帶極堆焊(也可采用電渣堆焊)。
c. 堆焊材料 見(jiàn)表
筒體內(nèi)壁耐蝕層堆焊焊材
d. 堆焊工序 預(yù)熱筒體(預(yù)熱溫度≥150℃) →埋弧帶極堆焊過(guò)渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →埋弧帶極堆焊面層(溫度≤100℃)→堆焊層表面著色檢查(pt) →結(jié)合面無(wú)損檢測(cè)(ut)。
e. 焊接參數(shù) 干伸長(zhǎng)：15mm。焊道搭接量：5 ~ 10mm。過(guò)渡層：電流i=950 ~ 1050a，電壓u=26 ~ 28v，焊接速度v=175mm/min。蓋面層：電流i=950 ~ 1050a，電壓u=26 ~ 28v，焊接速度v=165m m/min。
③ 小接管內(nèi)壁堆焊
a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動(dòng)鎢極氬弧堆焊。
d．焊材材料 見(jiàn)表
小接管內(nèi)壁堆焊材料
e. 堆焊工序 預(yù)熱接管(預(yù)熱溫度≥150℃) →自動(dòng)鎢極氬弧堆焊過(guò)渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →過(guò)渡層可探部位表面著色檢查(pt) →自動(dòng)鎢極氬弧堆焊面層→面層表面可探部位著色檢查(pt)。
f. 堆焊參數(shù) 見(jiàn)表
小接管內(nèi)壁堆焊參數(shù)
注1.過(guò)渡層零件旋轉(zhuǎn)速度：n=v焊/πd(r/min)，其中v焊=100mm/min，d為工作半徑，mm。
2. 蓋面層焊接時(shí)，零件轉(zhuǎn)速比過(guò)渡層慢 =0.01 ~ 0.03 r/min。
④ 90°彎管內(nèi)壁堆焊
a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動(dòng)鎢極氬弧堆焊。
d．焊材材料 見(jiàn)表
90°彎管內(nèi)壁堆焊焊材
e. 堆焊工序 將90°彎管均分割為3段→預(yù)熱30°彎管 (預(yù)熱溫度≥150℃) →自動(dòng)鎢極氬弧堆焊過(guò)渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →自動(dòng)鎢極氬弧堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(pt) →結(jié)合面無(wú)損檢測(cè)(ut)。
f. 堆焊參數(shù) 見(jiàn)表
小接管內(nèi)壁堆焊參數(shù)
⑤ 直管內(nèi)壁堆焊
a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動(dòng)藥芯焊絲co2氣體保護(hù)堆焊。
d．焊材材料 見(jiàn)表
直管內(nèi)壁堆焊焊材
e. 堆焊工序 預(yù)熱直管(預(yù)熱溫度≥150℃) →自動(dòng)藥芯焊絲co2氣體保護(hù)堆焊過(guò)渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →自動(dòng)藥芯焊絲co2氣體保護(hù)堆焊面層(溫度≤100℃)溫度→堆焊層表面著色檢查(pt) →結(jié)合面無(wú)損檢測(cè)(ut)。
f. 焊接參數(shù) 電流i=220 ~ 230a，電壓u=32 ~ 33v，焊接速度v=230mm/min。干伸長(zhǎng)：16mm。保護(hù)氣體：純co2。氣體流量：15-18l/min。
⑥ 焊條電弧焊堆焊
加氫反應(yīng)器內(nèi)壁某些部位（如總裝環(huán)縫內(nèi)壁、彎管環(huán)縫內(nèi)壁等）不能采用自動(dòng)堆焊，可采用焊條電弧焊進(jìn)行堆焊。
堆焊工序：預(yù)熱堆焊部件(預(yù)熱溫度≥150℃) →焊條電弧焊堆焊過(guò)渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →焊條電弧焊堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(pt) →結(jié)合面無(wú)損檢測(cè)(ut)。堆焊材料及焊接參數(shù)見(jiàn)表
焊條電弧焊堆焊材料及焊接參數(shù)
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