压力容器用薄锥接管焊接防变形技术

2021-03-04白崇阳白崇晖张正棠

辽宁化工 2021年2期

白崇阳, 白崇晖，张正棠

（1. 甘肃省城乡发展投资集团有限公司，甘肃兰州 730000；2. 中国石化销售股份有限公司甘肃石油分公司，甘肃兰州 730030；3. 甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州 730050）

目前，随着市场竞争日益激烈的环境下，为了提高压力容器防腐蚀性能，压力容器用不锈钢产品被广泛使用，不锈钢制品大到工业设备、管道等重型机械的使用，小到生活中的用品、用具、家电产品、装潢设施等日用品。随着科学技术的不断创新和国民经济的日益繁荣，不锈钢以优异的耐腐蚀性应用范围将更加扩大。

不锈钢具有诸多优势，其中主要的优势在于根据不同介质抗腐蚀性能优越，不锈钢的力学性能和工艺性能也非常好，并且不锈钢还具有耐高温的特点，被广泛应用在耐热钢、耐腐蚀、低温用钢和非磁性材料中。而且在许多大型设备上都用到不锈钢，诸如石化行业中压力容器、压力管道、反应器、反应釜、蒸发冷等设备；以及其他方面的应用如吸收塔、热交换器；冶金工业中的波纹管；电力工业中的涡轮叶片、热气管道；仪表工业中的弹性敏感元件；轻纺工业中洗染槽；造纸、木材的加工设备；医疗工业中的医疗容器、刀具；食品工业中的食品加工设备。不锈钢还被应用在一些高端领域中，如核反应、军工、航空航天、石油化工、制造、纺织食品加工等各个领域中。

压力容器不锈钢的应用挑战也越来越高，在设备制造中对生产周期、产品的质量以及性能提出了巨大的挑战，特别是对焊接工艺的要求越来越高。在焊接过程中最危险的就是焊接变形和焊接裂纹，焊接变形将直接影响产品尺寸、精度及外观，它的出现最终会降低设备的承载能力，缩短设备使用寿命。焊接变形一旦形成将会通过各种各样的办法进行矫正，矫正过程费工、费时，增加了成本，有些变形无法矫正将导致设备直接报废。因此，对于任何一个设备要严格控制焊接变形，有些设备焊接变形大小，直接影响产品质量、增加施工难度、降低生产效率，最终影响经济效益。因此，在焊接中，严格执行焊接工艺，及时控制焊接变形并掌握它的变化规律，并采取相应的防变形措施，就会达到减小焊接变形的目的。如果对焊接工艺进行改进的话，将对生产制造起着推动的作用，减轻作业难度、节省作业时间、提高焊接质量。

一般对于不锈钢焊接变形主要原因是：没有严格执行焊接工艺，对不锈钢焊接工艺不熟练，不锈钢焊接热量传递慢，很容易产生较大的内应力，一定要控制焊接速度，热量一旦输出不及时容易产生内应力，内应力的作用很容易产生变形。本文主要基于工厂实际生产中，在不锈钢上焊接薄锥接管后变性较大，进而提出一种新方法来改善此缺陷，进而通过焊接技术改善后与改善前焊接后接管变形做一对比，从中发现存在在焊接变形中的一些问题。并针对该问题做了分析。

1 工艺技术及产品规格介绍

在技术改善前产品的规格为：产品为40908H不锈钢、椎体厚度6 mm、设备锥体开孔接管多、开孔孔径大。

1.1 改进前技术介绍

焊接过程中预防变形尤为重要，原工艺需将椎体与筒体焊接完后进行接挂组焊，焊接过程中为防变形需要内部打支撑、外部焊接，焊接完成后探伤内部清根，而且在接管内部仰焊难度大，操作不便，质量难以保证。

图1 是技术改善前对锥体开孔、焊接、内部打支撑、清根、外部焊接、内部仰焊、焊接完后进行挂组焊等工艺图片，图1 所示，该工艺难度较大，关键点不好掌握

图1 焊接变形改进前

1.2 焊接工艺改进

基于以上问题，通过技术、焊接工艺的改进，提出一种新的技术改进方案，即：将椎体周边点焊在钢板防止锥体整体下塌变形，可预防整体变形，再用楔铁将三个大人孔接管端部分四点对称用不锈钢楔死，以主体材料为不锈钢，所以在筒体上的楔铁也为不锈钢，然后采取小焊条小电流焊接，并且电流稳定，并采用水冷焊缝措施。焊接后再将锥翻过来将里面清根焊接，通过焊接工艺的改进，对各个工序的控制难易程度大大降低，质量方面也能很好的控制，节约时间、节约成本，提高效率，图2为改进后的照片。

图2 焊接变形改进后

2 改进前后对比

通过对焊接工艺、技术上的改进，改善前对于筒体上开孔接管多而且开孔孔径大的焊接工作，在焊接完后要保证变形在一定范围内是很困难的，其工作量和工作难度普遍较大，而且最重要的是焊接变形过程中的预防变形没法控制。在原工艺中，需将锥体与筒体焊接完后进行接挂组焊、内部要打支撑、外部焊接、内部清根、内部仰焊，这些工作在实际操作车间难度相当大，工作中质量难以保证，因此，针对上述情况需要对工艺进行改进，改进后将大大减少罐体内部作业难度和时间，焊接质量也大大提高，这对往后的生产制造过程中，对焊接工艺提升有明显的效果，焊后变形、质量和效率均有大幅度提升。

3 防止不锈钢变形建议

不锈钢件跟普通碳钢不一样，不锈钢件焊接需要专门场地，避免其他杂质及氯离子等污染，从而影响不锈钢件焊接质量，故焊接前必须对场地及焊接环境严格控制，及时清理附着在不锈钢件焊接坡口上的油污、灰尘等杂物。若不锈钢件焊接厚度较小时尽量采用氩弧焊焊接，这样可以减小焊接变形，提高焊接质量，如采用手工电弧焊，焊接时应尽量减小电流输入，快速焊，避免摆动。不锈钢焊接时严禁在不锈钢本体上引弧，防止电弧擦伤。焊接过程还应采取防焊接飞溅措施。焊接工作结束后采用不锈钢工具清理焊接过程中的熔渣和附着在焊缝两边的飞溅。

如果不锈钢厚度较厚，焊接工艺应采用多层焊，多层焊时严格控制每层间的温度，及时清除污染物。焊接过程中应严格掌握预热和层间温度，一般不锈钢层间温度不宜超过60 ℃。

不锈钢焊缝中的有害元素一般有氢，氧，氮，硫，磷等。焊缝中夹杂过多的有害元素会使的焊缝脆化，氢、硫的含量过高将会引起焊接裂纹。焊条和焊剂长时间放置在空气中会吸收空气中的水分使得焊剂和焊条受潮，在电弧高温作用下焊缝内部产生氮、氢、氧等杂质直接影响焊接接头质量。其中氮和氢会溶入金属本体，产生的氧与金属会发生氧化反应而形成金属氧化物也会影响焊缝质量。母材和焊接材料在熔合反应中还会带入硫，磷等杂质，这些杂质都会影响焊缝质量，因此，焊接过程中严格控制杂质元素非常重要。控制杂质进入焊缝的方法可以通过焊接前及时清除待焊工件坡口处的锈、水、油污，严格按照工艺规程，及时将焊条烘干，焊接完剩余焊条及时回收。

焊接完后的焊接接头应按照工艺进行修磨，最终保证焊缝表面平整、光滑，焊缝不得有影响焊接质量的缺陷，焊缝与母材应圆滑过渡，焊缝高度不得低于母材。

不锈钢件大多采用氩弧焊焊接，对氩弧焊机要及时清理，氩气纯正，焊接所用卡具均采用不绣钢卡具，焊缝打磨、抛光都应采用专用抛光机、抛光片。

不锈钢薄板的焊接过程中大多都是有变形的，主要的根据是是否影响使用质量，区分变形量的大小。通常情况下，不锈钢焊接都会使用一些防止焊接变形的工装来保证焊接质量，从而控制焊接变形，焊接后一般都要对不锈钢件的焊缝、平面度等进行检查，总体要求是将变形量控制在尽可能小的范围内，一旦变形超过规定范围，还要进一步对不锈钢件进行整形。。