電動管端坡口機在鉻鉬耐熱鋼管坡口加工中的應用

何文洲

（中國石油錦西煉油化工總廠工程總公司，遼寧 葫蘆島125001）

0 前 言

由于鉻鉬耐熱合金鋼的淬硬傾向[1]，其具有較大的焊接冷裂紋敏感性及一定的熱裂紋與再熱裂紋敏感性。為了保證焊接接頭質量和運行的可靠性，規定坡口加工宜用機械方法，當條件不允許時采用火焰切割，應清除熔渣和氧化皮，并打磨去除影響焊接質量的淬硬層，以避免切割表面淬硬產生裂紋，其表面不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷。經火焰切割的坡口表面必要時按JB4730進行磁粉或滲透檢測，檢測范圍為坡口端部以內20 mm。

坡口表面質量直接影響焊接接頭的質量[2]，特別是鉻鉬耐熱鋼的淬硬傾向大，因此要嚴格控制坡口質量，為此坡口加工方法[3]就顯得尤為重要。

1 管道坡口加工常用方法

管道坡口加工[4]經過長期的發展較為成熟，按照熱切割和冷切割[5]方式可用火焰切割、等離子切割[6]、激光切割、機械切削等方式來加工坡口；按照行走方式[7]有手持割槍切割、爬行式半自動切割機、全自動電動坡口機以及復合功能自動坡口機[8]來加工坡口。手持割槍切割是早期的坡口加工方法，質量較差，焊接前仍需打磨，勞動強度大也不經濟。火焰切割坡口維護方便、簡單經濟，但切割速度較慢還有可能導致熱變形或者進行耐熱鋼切割時導致裂紋產生，精度不高，受風力影響較大，燃料污染環境，不環保。等離子切割設備應用較廣[9]，切割較快，比較環保，但是配套設備復雜，價格昂貴。爬行式坡口機往往采用鋼帶軟軌道、磁性輪或者鏈條軌道，采用液壓或氣動驅動，在切割中不能及時關閉火焰，往往始點和終點難以重合，不僅修口的工作量大大增加，而且影響管口的焊接質量。通常采取事先劃線、人工適時監控、行進中適當調整修正的補救措施才能完成坡口切割。

電動管端坡口機采用夾持方式或內脹定位方式實現自身在金屬管子上的可靠固定，電機驅動刀頭機械切割加工坡口，這種方法能避免坡口不平整和二次砂輪打磨加工，大大提高了坡口的加工效率。該坡口機能適應薄壁及厚壁管加工，結構小巧新穎，手提便攜非常方便，而且工作力度強勁，各單機均具有相當大的加工管徑適應范圍，應用也越來越廣泛。與其他坡口加工設備相比，具有高效、節能、環保、操作簡單、使用方便等多項優點，并能大大降低工人的勞動強度，節約勞動力成本。

2 電動管端坡口機的應用

2013年1月，錦西石化公司焦化車間焦化爐F-1/3爐管發生泄漏進入緊急搶修，經鑒定輻射室部分爐管已嚴重腐蝕變形，需要更換9根爐管。原有輻射管及彎頭材質為1Cr5Mo，規格為φ127 mm×10 mm，長度15 m，新更換爐管材質為1Cr9Mo，須更換10個180°彎頭和 9根接長輻射管，焊接29道口才能完成搶修任務。該搶修不但時間緊，天氣寒冷，作業面狹窄，施焊難度大，而且高鉻鉬耐熱合金鋼管焊接工藝復雜，難度大，為保證焊接順利進行，并滿足焊接接頭的最終性能要求，必須選擇正確的焊接工藝，包括焊接方法、焊接材料、焊前預熱及層間溫度的控制、焊后熱處理以及焊接線能量的確定等。

耐熱鋼管焊接要避免焊接冷裂紋和再熱裂紋等問題，焊接質量的好壞將直接影響到裝置的順利開車和平穩運行，坡口的處理將直接影響焊接質量，因此管子坡口的加工顯得尤為重要。焊縫的坡口為 Y 形坡口， α=55°～65°， 鈍邊 1～3 mm。為保證焊接質量，爐管的坡口加工采用機械加工方法，避免火焰切割加工坡口需要進行二次砂輪修磨、后熱及表面檢測等。現場采用等離子切割管線，并首次使用電動管端坡口機加工坡口。

電動管端坡口機型號是DGPJ150，交流電壓220 V，功率1.1 kW，刀具轉速48 r/min，坡口加工適應管徑范圍為80～150 mm，鋼管內徑與頂塊厚度對應關系見表1。該坡口機為內脹式結構，自定管子中心，脹緊速度快，DGPJ150型電動管端坡口機的結構如圖1所示。

表1 鋼管內徑與頂塊厚度對應關系 mm

圖1 DGPJ150型電動管端坡口機結構圖

首先根據鋼管型號選擇所需要的脹緊頂塊，安裝在坡口切割機的脹緊塊位置，再根據坡口形狀和角度選擇0°～37°相應刀具安裝在刀盤的刀架上，將坡口切割機脹緊機構放進所加工的管子上，與管子端面垂直，保證刀頭與管端臨切，調整脹緊塊使管子坡口切割機與管子緊固成一體，自動校正圓心。通過電機驅動，平穩切割坡口。

為提高加工效率，加工坡口之前應把管子擺成一排，在裝夾坡口機時管子下方流出一定空間使得刀頭能自由旋轉，裝夾完成后，調整好刀具就可以開始切割坡口，φ127 mm×10 mm的管口從裝夾到切割完成為4 min左右，切割完成后坡口效果如圖2所示，平整光亮，無毛刺，可直接組對。

圖2 采用電動管端坡口機加工的坡口外觀

電動管端坡口機簡便高效地完成了焦化車間搶修鉻鉬耐熱鋼1Cr9Mo爐管的坡口加工，坡口機工作時超強自鎖芯軸卡于管道內，不打滑，不震顫，不彎曲變形，為焊接質量提供了保證，避免了火焰切割處理不當留下質量隱患，使得29道焊縫的一次合格率100%。電動管端坡口機加工坡口速度快，質量好，無噪音，縮短了搶修時間，節省人力，降低勞動強度，創造了一定的經濟效益。

3 技術應用展望

電動管端坡口機可同時進行切割和坡口加工兩道工序，自動進刀設計，切削量可微調，坡口角度0°~45°任選，適用V形和U形等焊縫坡口形式，不影響管道材質。目前市場上采用的機械切削加工方法的電動管端坡口機有DJ系列和ISY系列等，每種型號均可通過更換不同尺寸的脹緊塊，在機型適用的范圍內對任何管徑管子進行坡口作業，可用于現場施工中對管口端部在焊接前平頭倒外、內坡口作業。快速穩定的裝夾并冷作完成碳鋼、不銹鋼、合金鋼、鑄鐵等不同材質鋼管焊接時所需的多種端面形狀坡口作業。

石油化工裝置管道安裝、技改及檢修作業是易燃、易爆的高危施工現場，作業點多，施工范圍廣，施工環境復雜，用電動管端坡口機進行管端坡口加工若采用直流電機和便攜式鋰離子[10-11]電源可大大方便施工人員，并節省施工用電纜，避免火焰切割二次污染，省時高效，經濟環保。

4 結 語

在管道安裝中，根據工藝及質量要求，需對其端面進行各種形式的坡口加工。電動管端坡口機可廣泛適用于石油、化工、水氣輸送、鍋爐等多行業的管道施工和維修。整機便攜式的設計，能實現室內、野外任何施工場所進行管子坡口作業，而且環保安全，可用于碳鋼、合金鋼以及不銹鋼的管道坡口加工，免除二次打磨加工，省時高效，可以推廣應用。

［1］SH/T 3520—2004，石油化工鉻鉬耐熱鋼焊接規程［S］.

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