深孔鎢極自動氬弧焊外角焊在高壓空冷器上的應用

金 平 彭 勝

(1. 武漢市鍋爐壓力容器檢驗研究所；2. 武漢市潤之達石化設備有限公司)

深孔鎢極自動氬弧焊外角焊在高壓空冷器上的應用

金 平*1彭 勝2

(1. 武漢市鍋爐壓力容器檢驗研究所；2. 武漢市潤之達石化設備有限公司)

通過探討焊接設備、制造工藝、焊絲選擇及焊接工藝評定等方面的因素，總結出了高壓空冷器管頭深孔加絲式脈沖自動鎢極氬弧焊的焊接工藝。

高壓空冷器 管頭 外角焊縫 深孔焊

近年來隨著國內外石油制品的需求量大幅度上升，壓力容器也向著大型化、高參數和長壽命的方向發展。為了滿足產品結構和相關技術的要求，高壓空冷器在制造工藝上要求通過深孔加絲式自動鎢極氬弧焊來實現管子與管板間的焊接。深孔焊的難點在于焊槍必須通過M30的絲堵孔橫穿管箱內腔進行焊接，為達到強度焊要求，管頭焊接采用外角焊縫加填絲焊，且焊接過程中觀察受到障礙，此時無論對焊機還是工藝都有很高的要求。為此，從焊接設備、制造工藝、焊絲選擇、工藝規范的調試、焊接工藝評定及試驗等一系列環節進行攻關，最終在試驗產品上取得了滿意的結果。

1 高壓空冷器的技術參數和結構特點

反應產物高壓空冷器規格型號為：GP9×3-4-129-10.35-23.4/DR-Ⅱ；入口溫度140℃，出口溫度50℃；使用介質中含H2S和H2；管箱材料為Q345R(HIC)，換熱管為10#鋼，翅片為雙金屬軋制純鋁。管箱結構如圖1所示。

圖1 管箱結構示意圖

2 焊接設備

為完成高壓空冷器管子與管板間深孔加絲全位置脈沖自動鎢極氬弧焊外角焊，通過與某焊接設備公司進行溝通，筆者提出焊接設備的技術要求，深孔焊槍如圖2所示，通過大量的試驗改進，最終實現了對管頭實施水平固定的脈沖自動鎢極氬弧焊，同時實現了管頭加絲或不加絲的外角焊縫的焊接。

圖2 深孔焊槍結構示意圖

3 工藝試驗及認證

為檢驗焊接設備的可操作性和焊接工藝的可實施性，筆者依據NB/T47007-2010的要求制備材料為Q345R的模擬管箱，制定了嚴格的工藝[1]，并按NB/T47014進行了相關試驗與測試[2]。

3.1管箱的制作

管箱的制造嚴格按文獻[1]的要求制造，為確保絲堵式管箱上的絲堵孔與管孔的同軸度為0.5mm，管板孔與絲堵孔采用先深孔鉆再擴孔的工藝。為實現外角強度焊，管子伸出管板面3～4mm，且管子軸線與管孔同心。

3.2工藝規范

焊接采用的是深孔脈沖全自動鎢極氬弧焊，模擬焊接時基本無法觀察整個焊接過程，因此焊前工藝規范的制定尤為重要。首先是鎢極的位置，其次是鎢極與管板或管子的距離，最后是焊接規范。鎢極基本與定位桿軸線平行略向管壁傾斜，鎢極尖端距管板面和鎢極距管壁最小距離基本一致(2.0～2.5mm)。鎢極與工件之間通過高頻起弧，電弧引燃后呈“罩”狀，能使焊縫與工件之間很好地熔合。

管頭的焊接是水平固定的位置，即橫焊、立向上、立向下和仰焊，不同的焊接位置規范有所不同，且在6點鐘方向不宜起弧。焊接工藝見表1。

表1 Q345R管板和20#(φ25mm×2.5mm)換熱管焊接工藝

3.3試驗結果

通過上述工藝，采用深孔加絲全自動鎢極氬弧焊共焊接40個管頭，外觀成形合格率達100%，對管頭焊縫進行剖面檢驗時，其焊縫厚度大于2/3管壁厚度。增加了3個管頭焊縫的拉脫力試驗，其抗拉強度為460/425/440MPa，均符合標準要求，斷裂位置都在管壁處。以此證明焊縫完全達到強度焊的要求。

4 質量控制要點

深孔加絲式脈沖自動鎢極氬弧焊難度大的原因是焊接過程無法觀察。但通過前期試驗和產品制造，總結出以下幾個質量控制要點：

a. 管板孔、絲堵孔的同軸度；

b. 焊接前鎢極與管板面的位置和距離，鎢極與管壁的間距；

c. 管板面、管外壁和端面的除銹；

d. 焊接工藝規范的合理設置；

e. 全位置管板焊易采用脈沖焊方式即峰值形成熔池，基值維持電弧不熄滅，同時對熔池進行冷卻。

5 結束語

采用筆者提出的工藝評定和試驗數據為某公司設計制造一臺高壓空冷器產品，管板與管頭進行深孔加絲式脈沖自動鎢極氬弧焊。第一遍采取不加絲自熔式焊接，保證管子與管板間根部完全熔透；第二遍加絲焊接，以確保管頭焊縫厚度與強度。用該工藝方法焊接540個管頭，全部一次合格，焊縫外觀成形美觀，焊縫飽滿，達到了設計和使用要求。

[1] NB/T47007-2010，空冷式熱交換器[S].北京：國家能源局，2010.

[2] NB/T47014-2011，承壓設備焊接工藝評定[S]. 北京：國家能源局，2010.

*金 平，男，1979年7月生，工程師。湖北省武漢市，430024。

TQ051.5

B

0254-6094(2015)01-0140-02

2014-05-03)