沈向阳
上海石化机械制造有限公司 上海市 200540
摘要：阐述了冷聚树脂一段加氢反应器凸台堆焊中遇到的问题，通过凸台变形工装设计，采用新型焊接材料多股复合焊丝，研发新型焊接工艺，合理安排凸台堆焊热处理次数，凸台堆焊一次合格，取得了良好的经济效益。
关键词：加氢反应器；多股复合焊丝；凸台堆焊
冷聚树脂一段加氢反应器为某石化厂氢化改性树脂装置中关键的非标设备。我厂已经有5台此类加氢反应器的制造经验，总结前5台的加氢反应器的制造经验，对今年这台加氢反应器，我们在满足设计技术要求的前提下通过采用新型焊接材料多股复合焊丝进行了加氢反应器中最重要的凸台堆焊上，缩短了制造周期，取得了良好的经济效益。
一、设备主要的设计参数
该冷聚树脂一段加氢反应器立式设备，壳程为12Cr2Mo1R钢板，其主要设计参数见表1，结构如图1所示。
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图1. 设备简图 图2凸台堆焊工装
二、凸台堆焊工装设计
由于此加氢反应器凸台高80mm，上表面宽100mm。下表面宽180mm为直角梯形形状，但是由于实际堆焊时焊道每层均需搭接焊道，焊接的实际凸台形状为等腰梯形形状，所以堆焊的工作量巨大，堆焊焊材用量平均一个凸台按埋弧焊丝/堆焊计算需1.1吨，对堆焊的筒节容易产生堆焊变形，为此需在待堆焊的筒节内外部加设防变形的工装，具体工装如图2所示：
内部加强圈1采用δ=150 φ2613/φ2113 的碳钢4拼进行下料，目的是为了防止筒节两端口和靠近凸台侧由于堆焊过程产生收缩应力，导致端口椭圆度超标，而加强圈2位于筒节外部使筒体刚性固定，即使筒体中间热处理后，堆焊应力释放也不会影响筒体变形，实践证明此种工装设计能有效保证筒体的凸台堆焊变形，为下到工序的凸台堆焊后的机加工提供了保障。
三、凸台基层堆焊焊接工艺
（1）焊接方法的确定
以往的凸台基层堆焊先要采用焊条电弧焊堆焊一层，后采用埋弧自动焊进行后续堆焊，以避免后期采用埋弧自动焊过程中造成侧边区域熔池垮塌。[1]这次首先在原焊焊接方法上从厂内现有设备等情况综合考虑直接从打底层开始就采用埋弧自动焊进行堆焊，并通过预留足够的搭边焊缝长度，保证搭接焊层侧边区域不被熔化，产生垮塌现象，直接采用埋弧自动焊的主要优点有:
①生产效率高：一方面由于埋弧焊电流大，产生的电弧熔深和焊丝的熔敷效率大，另一方面由于焊剂和熔渣的隔热作用，电弧基本没有热辐射散失，飞溅也少，总的热效率大，并且缩短了焊条电弧焊打底焊产生的工期。
②焊接质量好：因为熔渣的保护，熔化金属不与空气接触，焊缝金属中含氮量降低，而且熔池金属凝固较慢，液体金属和熔化焊剂间的冶金反应充分，减少了焊缝中产生气孔、裂纹的可能性。[2]
③劳动条件好：减轻了手工焊操作的劳动强度，弧光不外露，没有弧光辐射，保证了焊工能在35℃以上高温，预热200℃环境下连续作业。
（2）焊材材料的选用
焊丝的选用原则：为保证焊丝的使用性能与母材匹配，并保证必要的高温热强性，焊缝成分要尽量与母材相近；但为了防止焊缝有较大的冷裂倾向，焊缝的含碳量往往比母材要低一些。焊缝的金属强度不宜过高，全焊缝金属的室温拉伸强度不宜超过强度上限值加30MPa，否则塑性变差，接头冷弯角降低，甚至会出现裂纹。[3]
原埋弧自动焊采用日本神钢生产的US-521S φ4.0的埋弧焊丝，配套焊剂PF-200，焊丝、熔敷金属化学成分见表2。
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表5多股复合焊丝H10Cr2MoLφ5.5焊接规范
（5）凸台中间热处理工艺
此台加氢反应器的凸台堆焊按图3尺寸进行堆焊：
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图4凸台堆焊实际尺寸 图5中间热处理工艺曲线
具体要求：
①凸台堆焊前，按工艺进行工装的焊接；
②每个凸台分2次进行堆焊，堆焊底部直角梯形侧要求多堆60mm，有斜度侧多堆焊25mm；
③堆焊采用埋弧焊进行，要求焊前预热150~200℃，道间温度控制到250℃以下，当道间温度＞250℃时，要求等待至道间温度降到250℃时方可施焊，要求施焊现场配备接触式测温器；
④当堆焊厚度达到15mm左右，堆焊宽度约245mm后，马上进炉进行第一次中间热处理，热处理工艺曲线如图5；
⑤出炉后吊至滚轮架上，吴江热处理配合，保证筒体温度在150~250℃范围内；
⑥出炉后立即进行热磁粉检测，检测合格后立即进行第二层堆焊；
⑦第二次堆焊厚度达到90mm左右，堆焊宽度约120mm后，马上进炉进行第二次中间热处理，热处理曲线同第一次热处理；
⑧出炉后冷却后进行磁粉和UT检测，合格后送机加工车间按图纸要求进行加工凸台。
结论：
采用新型焊接材料多股复合焊丝进行加氢反应器凸台的堆焊制造，大大缩短了生产周期，不但堆焊速度是以前采用直径4mm的埋弧焊凸台堆焊的2.5倍，而且也节省了制造过程费用，降低了焊工的劳动强度。
参考文献：
[1]徐进 孙克勤 加氢反应器塔盘支撑台制造工艺及质量控制 化工机械 2013年第1期 第4卷
[2]压力容器制造和修理 《压力容器实用技术丛书》编写委员会 北京：化学工业出版社 2004
[3]王丽 黑鹏辉 阳震 高军松 加氢装置15CrMoR（H）抗氢钢的埋弧焊 制造与安装2010 01-0035
[4]陈文静 屈金山 钟玉 潘全喜 15CrMoR低合金耐热钢焊接工艺评定 电焊机 2006年第6期 第36卷