反应器窄间隙埋弧焊的应用技术

反应器窄间隙埋弧焊的应用技术

张祖禄

中国石油天然气第七建设有限公司  山东  胶州    266300

  摘要:目前，窄间隙埋弧焊是厚板焊接领域减少焊接工作量、降低焊接本钱的高效焊接技术，该技术在厚壁容器组焊领域发挥着越来越大的作用。与普通坡口的埋弧焊相比，窄间隙焊具有无可比拟的优越性。如坡口窄、焊缝金属填充量少，可以节省大量的焊材和焊接工时；由于窄间隙焊时热输入量较低，使焊缝金属和热影响区的组织明显细化，从而提高其力学性能，特别是塑性和韧性，由于其在厚板容器的焊接中，效率高、缺陷少的特点得到了广泛的应用。

   关键词: 反容器  窄间隙埋弧焊  焊接  工艺措施

引言：本文主要介绍窄间隙埋弧焊的工艺特点，焊接时对坡口形式的确定，焊接工艺的选择及埋弧焊机焊接参数优化调整做如下分析，生产实践证明窄间隙焊接工艺经济可靠且能提高焊接质量。

1.窄间隙埋弧焊工艺的要点：

1.1焊接坡口形式：通常采用I形或者U形窄间隙坡口，坡口间隙在18~28mm，与普通埋弧焊相比，具有焊缝区域窄、焊缝断面面积减少1/3、焊缝熔敷金属量少、可节省大量填充金属和焊接时间、提高焊接效率，以及明显降低焊接本钱等优点。

1.2由于焊缝焊接体积缩小，大大降低了焊接残余应力和被焊工件的变形，同时降低了焊接裂纹及热影响区消除应力处理裂纹的可能性。

1.3保证根部和侧壁熔透，采用每层双道的焊接方法，从坡口的根部到坡口上表面，多层双道焊道彼此重叠，并且后一焊道的焊接热量对前一道焊道具有回火的作用，因此保证了各焊道的质量均匀，焊缝的金相组织及力学性能均能达到要求。

1.4窄间隙焊接稳定性强，避免了人工调节中的不稳定因素。

 2.反应器焊接控制

歧化反应器材质12Cr2Mo1R，直径Φ6100mm，钢板厚度120mm，单节预制焊接组对成整体进行环缝焊接，由于窄间隙焊坡口对焊接质量的影响非常大，间隙太窄，不仅不利于操作，而且还会造成夹渣，为了得到焊道与侧壁、焊道与焊道良好的熔合，间隙宽度在18-28mm范围内较为合适，也可随焊丝直径的不同进行适当调整，为了保证焊接正常进行，补偿焊缝的自然收缩，要求坡口侧面有一定倾角3 °-5 °时较好，针对反应器结构特点，为满足施工要求对单节焊接采用坡口外侧加垫板，坡口内侧加工成角度为3 °-5 °的倾角，且坡口下侧20mm上坡口侧为28mm的坡口形式进行组对；由于坡口切割为火焰切割，故要求组对之前对坡口表面进行打磨，且最少打磨掉1.5-2mm表层组织，以去除由于火焰切割造成的淬硬组织，防止焊接时产生裂纹，坡口两侧100mm范围内需表面打磨，露出金属光泽，施焊前在单节两端焊接与母材同材质的引弧板和收弧板（板长度不小于300mm），以满足窄间隙焊机操作要求，环缝坡口采用立车加工U型外坡口6mm钝边，内侧清根后埋弧焊进行焊接。

  2.1焊前预热

  由于材料特殊，焊接性较差，焊前需要按以下工艺进行，根据工艺要求焊缝两侧100mm范围内预热至150度以上，层间温度不能低于预热温度不高于300度。

  2.2焊接电压选择、焊接电流选择及焊枪摆角

  2.2.1焊接电压选择

  在窄间隙埋弧焊中，电弧电压也是决定焊道侧壁熔深和成型的重要参数，电弧电压过低可能与焊道侧壁熔合不良，而过高的电弧电压会导致严重的咬边产生，合适的电弧电压可使焊道表面呈弯月型。在窄间隙埋弧焊中应特别注意防止坡口侧壁咬边的情况，咬边不仅使脱渣困难，而且容易产生夹渣等缺陷。

在达到侧壁熔合良好的前提下，选择较低的电弧电压和摆角。因此开始焊接时首先要调整焊枪摆角、焊接电压及焊接电流等参数，第一层焊接时，先焊坡口底部垫板与坡口壁连接处，这样有利于焊缝金属能充分熔合，避免焊接缺陷产生。

  2.2.2焊接电流选择

焊接电流不宜过大，以防止烧穿；第一层焊接结束检查无缺陷后可进行后续焊层的焊接，焊接过程中由于板厚焊接量大，造成收缩和变形，这样要求焊工要随时调整焊枪摆角，以达到焊缝与坡口壁的良好熔合。

  2.2.3焊枪摆角调整

焊接时，焊丝端部与侧壁的距离可通过导电咀的摆角调整，L＜2mm(L为焊丝端部与侧壁的距离)摆角过大，焊道凸起易产生夹渣，加大侧别咬边，摆角过小易在侧壁与下层结合处有下陷夹角，甚至出现未熔合缺陷，当L=2.5-4mm时焊道与侧壁熔合良好。焊道会在侧壁向上方向熔合1.5-2.5mm，焊接过程中焊完一道后要摆动到另一侧焊接，所以要求焊枪在焊缝的中心线上，保证焊枪与两侧距离相同。

  2.3焊接参数

  焊接速度是决定焊接热输入和焊道成形的重要工艺参数，从缩小热影响区粗晶段宽度和改善接头各区的韧性，应尽可能的选择较高的焊接速度，根据工艺实验，每层双道焊的最佳焊接速度为25-30m/h。

  2.4焊丝长度控制

  焊接过程中还应调整好焊丝长度，因为焊丝的伸出长度直接影响焊缝质量，伸出过长，焊丝易弯曲引起电弧摆动出现熔合不良和断续咬边现象，伸出太短易烧损导电咀，一般伸出30-40mm较好，焊丝校直要求焊丝伸出长度范围偏离中心线应小于0.5mm。

  2.5环焊缝焊接时需使用防窜动滚轮架配合使用，防止筒体窜动。

  2.6焊接结束后背面焊缝采取碳弧气刨或机加工的方法将垫板去除，然后按技术要求进行无损检测。

2.7每道焊缝焊接完毕后按工艺要求立即进行消氢处理。

  焊接过程控制是产品质量保证的关键，工艺有效执行，稳定的保护措施为歧化反应器质量达标提供了技术支持和保障，最终反应器探伤合格率达到100%。

结束语:

窄间隙埋弧焊的坡口窄，熔敷金属用量少，大大节省焊丝、焊剂、电能和工时，同时可避免人工调节焊头偏差引起的焊接缺陷，合适的坡口角度和工艺措施能够确保焊接质量，安全和进度得到有效保证。