进料器封头接管焊接变形控制

王锐/中国第一重型机械股份公司核电石化事业部

进料器封头接管焊接变形控制

王锐/中国第一重型机械股份公司核电石化事业部

分析进料器焊接变形的影响因素，分析了焊接接头特征，对产品接头的焊接从装配、焊接预热后热、层间温度、焊接工艺、变形控制和变形检测以及最终的检查做简单介绍。

焊接；进料器；变形控制；接管

进料器是煤气化设备中用来保存和连续供送煤粉的设备。我公司生产的进料器其内径为Φ3440mm，总长12300m，壁厚最小处60mm，其中封头上有Φ247～Φ478。5大小不等的接管13个，不仅包含插入和固定煤粉供料管线的接管和法兰，还包含填充水平高度检测管线的插入和固定用的接管和法兰。由于封头的接管比较密集，因此如何控制在接管装焊过程中的变形和位置度是装焊的难点。本文就封头接管装焊过程中采取的工艺预防措施和控制变形措施做简单介绍。

一、进料器母材和选用焊材

1.此产品采用ASME规范和国内压力容器法规TSG R0004－2009《固定式压力容器安全技术监察规程》双控制标准，母材为SA－516M GR.485，母材化学成分（见表1）及力学性能（见表2）。

表1 母才化学成分 （％）

2.焊接材料。根据母材的成分及性能决定选用抗氢诱发裂纹用钢焊条CHE507SHA，规格直径为 Φ5mm和Φ4mm。

二、装配工艺措施

由于封头的接管比较密集，各接管孔之间距离较小，致使封头的刚性较差，焊接过程中极易产生变形。在活件装焊过程中，采用了刚性固定支撑，选择合理的装焊顺序，焊后消应力处理等多种工艺措施控制变形。封头上所有开孔均采用机械加工的方法。

对于斜接管T10和筒体轴线夹角精度达到20°±0.5°，对装配提出了较高的要求。只有装配准确，才能保证焊接质量和焊接变形的有效控制。装配时首先将封头置于水平位置，在坡口开孔筒体内侧两个方向焊接定位块，借助于两块角度精确加工装加强筋板，实现斜插接管和筒体之间的准确角度控制。对于中间接管T6。1～4采用如下辅具，保证四个接管装配时的平面度和装配尺寸。

在装配后，用相应的设备对关键尺寸进行检测，以便保证装配精度。

焊后需要按照图纸将焊缝与母材打磨圆滑过渡R40，打磨后用样板比对。

三、焊接工艺

1.焊接方法。综合考虑工件焊接质量、生产效率，对于这种形式的焊接接头，由于空间形状复杂，不易实现机械化焊接，本工件选择常用的手工电弧焊进行焊接。

2.工艺参数。根据母材特点确定工艺参数（见表3）。

表3 焊接工艺参数

3.焊材烘干。焊条使用前应按说明书规定烘干，350～400℃，保温1－2小时，升温及降温速度不能太快，以免药皮开裂，影响焊接质量。烘干后焊条放入保温桶内，随用随取。

4.焊前清理及检查。焊前将坡口及坡口外150mm范围内影响焊接质量的氧化皮、锈、油污等杂质用砂轮清理干净。在组装焊接之前，必须仔细检查来料尺寸及坡口形式是否正确，符图后才能装配。

5.焊接温度。预热温度的选择主要取决于母材及焊接材料成分、厚度、刚性结构、焊接方法及环境温度，目的是减小焊接区与工件整体之间的温度差，降低接头的冷却速度，改善应力状况减少焊接残余应力及变形，防止冷裂纹产生。焊接接管时，采用环形加热管对坡口两侧100mm范围内进行加热，加热温度为100～150℃，要求受热均匀。其中层间温度不得超过150℃，层间温度过高可能产生附加应力，而且会促进裂纹的产生，因此要严格控制层间温度不能高。

6.焊接顺序。由于，封头接管尺寸精度要求严格，且封头接管较多，如果焊接顺序不合理，将产生难以修复的收缩、扭曲等焊接变形。所以要选择合理的焊接顺序和规范来控制焊接后变形量。采取两人对称焊接既可以控制焊接变形又可以提高工作效率。

具体焊接顺序为：

（1）T11。1、T11。2、R1

（2）T1、T2、T3、T4

（3）T10

（4）T6.1、T6.2、T6.3、T6.4（此四个接管先焊完里面翻个气刨清根封根后再焊其他接管直至焊完。这样焊接应力能均匀分布，能将变形控制在最佳状态。）

（5）R8

7.焊后消氢。焊后立即消氢，300～350℃2小时，然后保温缓冷。再进行其他接管焊接。

8.焊后无损检测。焊后打磨符图并符合探伤要求，按照JB／T4730和ASME标准探伤焊缝一次合格。

9.焊后消应力处理。焊后消除应力热处理主要作用是消除焊后残余应力，改善焊缝及热影响区的组织成分，提高焊接接头性能，特别是焊接接头的韧性。由于此封头上接管焊缝较多，使封头内部产生了很大的残余应力，必须加以释放焊后消除应力580℃±20℃，保温4小时，升温、降温不超过55℃／小时，≤350℃出炉空冷。

通过消除应力处理，稳定了结构尺寸，将变形量控制在最小范围内。用于固定的工艺拉筋在热处理后封头装配前才能去除。

四、尺寸检查

采用上述多项工艺措施，使预防和控制上封头的焊接变形工作取得了显著的效果，各项指标均达到了设计要求及施工标准。

⑴各接管距上封头切线±8mm；⑵开口角度及方位偏差±0.5°；⑶法兰至轴线距离±2.5°；⑷周向位置±1°

五、结语

进料器封头接管在焊接过程中合理的选择工艺参数，装焊过程采取了多种工艺措施预防和控制变形，并选择合理的焊接顺序。最终使进料器封头接管的焊接工作达到了预期的效果，满足了图纸要求。