王利軍 張舉莉 史京生

【摘 要】反應(yīng)器管板是整個(gè)反應(yīng)器設(shè)備最核心部件，其質(zhì)量好壞直接決定反應(yīng)器整個(gè)設(shè)備質(zhì)量。大型反應(yīng)器管板基本都是拼焊而成，焊接過程中會(huì)發(fā)生不同程度的焊接變形。焊接過程中通過調(diào)整管板背面墊塊距離、根據(jù)管板變形數(shù)據(jù)調(diào)整管板反面次數(shù)以及焊后采用加熱配重校平等方法，有效地控制了反應(yīng)器管板平面度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】管板;拼焊;變形控制;

1 前言

基于市場要求，反應(yīng)器需求量越來越多，我公司長期從事壓力容器設(shè)計(jì)、制造及現(xiàn)場安裝工作，反應(yīng)器生產(chǎn)從最初直徑2米左右，目前已經(jīng)做到直徑近9米，反應(yīng)器管板制造也從最初的整板加工到現(xiàn)在因直徑太大而需要拼焊而成，并且質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格。近年我公司基本生產(chǎn)的反應(yīng)器直徑都在6米以上，其中反應(yīng)器核心部件管板也都是拼焊而成，其加工工序?yàn)榉职胫破驴凇⒔M對(duì)拼焊、探傷、焊后消應(yīng)力熱處理、車加工，最后再制換熱管孔。管板是反應(yīng)器核心部件，而組對(duì)拼焊又是管板制造最重要的一道工序，其拼縫質(zhì)量、變形控制程度的好壞直接決定反應(yīng)器整體設(shè)備的質(zhì)量。[1]本文以出口印度某公司丙烯酸反應(yīng)器管板制造為例，分析管板拼焊過程中管板變形原因，通過調(diào)整管板拼接坡口、管板背面墊塊距離、根據(jù)焊接過程中管板變形數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整焊接面及配壓重物等方法，有效控制管板變形量，提高了產(chǎn)品質(zhì)量并降低了生產(chǎn)成本，為后續(xù)跟多的管板制造提供經(jīng)驗(yàn)分享。

2 管板加工

2.1設(shè)備介紹

2017年我公司承接出口印度某公司丙烯酸項(xiàng)目，其中核心設(shè)備反應(yīng)器的管板材質(zhì)為ASME材料SA-516M Gr.485，管板厚度為150mm，直徑為7140mm，且甲方要求管板制孔前需車加工管板正反兩面，管板光潔度不低于6.3um，平面度在2mm范圍內(nèi)?；诩追揭蟆⒓庸べ|(zhì)量、產(chǎn)品成本等方面考慮，采購時(shí)，管板毛料厚度訂購為175mm，拼焊厚再加工至150mm。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖見下圖1所示。

2.2 管板焊接變形原因

根據(jù)以往管板拼焊時(shí)，對(duì)管板焊接變形原因進(jìn)行了分析與總結(jié)如下：

（1）管板由兩塊大厚度鋼板拼焊而成，焊接過程中沒有其它約束抵抗管板焊接角變形，使得管板在拼焊過程中很容易就產(chǎn)生變形。[2]

（2）管板直徑大且厚，拼焊中焊接次數(shù)較多，金屬填充量較大，管板重復(fù)受熱嚴(yán)重，造成變形量較大。

（3）管板自身的重量在一定程度上也會(huì)引起構(gòu)件的變形，在拼接過程中的吊裝搬運(yùn)、

翻面時(shí)，管板都會(huì)產(chǎn)生一定變形。

（4）焊接過程中，焊工沒有嚴(yán)格遵守規(guī)范沒用完全采用技術(shù)人員給定的焊接，為了提高效率，焊工私自調(diào)節(jié)參數(shù)，導(dǎo)致焊接位置出現(xiàn)了部分區(qū)域熱量過高的情況，從產(chǎn)生不可控制的管板變形。

2.3 焊接變形控制措施

（1）利用板的自重反變形法調(diào)整焊接變形。由于管板的厚度大、面積大，可以通過利

用鋼板的自重變形，有效的控制焊接過程中由于金屬局部受熱—熔融—凝固—收縮所帶來的變形。焊接過程中，在管板背面墊一些墊塊，墊塊高度一致，一般控制在40～50mm，給后期管板變形留一定空間。[3]墊塊距焊縫中心300mm，墊塊之間相距600mm，均勻分布在焊縫兩側(cè)及管板其他位置。如下圖2所示。由于板的本身較重，先使得管板的中間稍微拱起，焊接時(shí)，由于局部受熱變形會(huì)使管板在焊后向下凹，從而達(dá)到反變形。根據(jù)管板變形程度，隨時(shí)調(diào)整墊塊與焊縫的距離，將變形控制在較小的范圍內(nèi)。

（2）剛開始焊接時(shí)，一定要在管板背面采用槽鋼將兩管板沿縱縫剛性固定[4]，防止焊接過程中焊縫金屬厚度太薄，管板受熱及自重等原因使焊縫開裂，再次返修，增加管板受熱量，變形嚴(yán)重。

（3）拼焊過程中正反兩面采用交替、焊接，焊接過程不能中斷，分兩班或三班連續(xù)施焊，每次施焊前對(duì)焊縫進(jìn)行檢查，確定沒有裂紋等重要表面缺陷時(shí)進(jìn)行后續(xù)焊接工作。

（4）當(dāng)管板焊接變形較大時(shí)，也可采用配重法進(jìn)行輔助校平。在焊接過程中或者焊后，在管板受熱的情況下，管板成拱形狀態(tài)，在管板上防止一定配重，迫使管板發(fā)生反變形，從而校平管板。

（5）加強(qiáng)對(duì)操作人員管理及培訓(xùn)，管板是整個(gè)反應(yīng)器的核心部件，其質(zhì)量好壞直接決定反應(yīng)器整體質(zhì)量。因此，在拼焊管板時(shí)，一定要重視管板變形的控制，并嚴(yán)格按照相關(guān)流程執(zhí)行。尤其是負(fù)責(zé)管板焊接的操作人員，在焊接過程中要不斷進(jìn)行總結(jié)學(xué)習(xí)，提升防止管板焊接變形的知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)水平。

2.4 管板拼焊工藝

通過以上的原因分析及控制措施，特制定本次管板焊接工藝如下：

1）管板用2塊板料拼焊而成，對(duì)接間隙+0.5 0㎜，錯(cuò)邊量≦2mm。焊接時(shí)采用合格的焊接工藝評(píng)定參數(shù)，用焊條電弧焊定位、打底，雙面埋弧自動(dòng)焊拼焊，坡口型式如圖3所示。根據(jù)前期管板制造經(jīng)驗(yàn)分析，通過軟件模擬，為了減少焊接填充量，本次管板拼焊坡口從之前的對(duì)稱雙V坡口以及一面V型坡口一面U型坡口，改變成本次的對(duì)稱雙U型坡口，目的就是希望通過減少焊接填充量，降低管板受熱次數(shù)及受熱量，從而控制管板焊接過程中的焊接熱變形。

2）組對(duì)及清理

組對(duì)間隙≦1mm，錯(cuò)邊≦2mm。坡口兩側(cè)300mm范圍采用角磨機(jī)修磨出金屬光澤，并用丙酮或酒精清洗干凈。

3）焊前預(yù)熱及定位

管板預(yù)熱采用電加熱帶加熱方式，預(yù)熱溫度100℃，同時(shí)采用保溫棉包覆，定位采用拉筋連接定位，防止管板在預(yù)熱加熱過程中開裂，焊條E7015 φ4 電流I=170A

4）管板拼縫焊接

管板拼焊采用焊條電弧焊打底，埋弧焊填充蓋面的焊接方法，焊接過程根據(jù)管板角變

形量大小實(shí)時(shí)翻面焊接。具體是：

a）正面用焊條電弧焊打底焊接，焊接3層，焊肉厚度約8mm時(shí)，采用埋弧

自動(dòng)焊分層分道焊接填充，一直焊接到管板角變形量向上翹起30～40mm時(shí)，翻面后用碳弧氣刨清根，清理干凈刨渣后采用焊條電弧焊焊接1～2層，其余采用上述的埋弧焊方法施焊。

b）焊接要點(diǎn)是在焊接時(shí)要及時(shí)測量管板的焊接角變形量，掌握角變形量由

大到小的規(guī)律，控制角變形量在10㎜范圍內(nèi)，同時(shí)隨著焊縫金屬厚度不斷增加，當(dāng)厚度達(dá)到50㎜以上時(shí)，應(yīng)將角變形量控制在5㎜以內(nèi)，并且正反面交替焊接，焊接過程不能中斷直至焊接完畢。

2.5 焊接過程中注意事項(xiàng)

根據(jù)之前管板拼焊過程中的經(jīng)驗(yàn)分析，為了保證本次管板拼焊質(zhì)量，拼焊過程中特別需注意以下事項(xiàng)：

1）拼焊前將坡口鈍邊修補(bǔ)完好，焊后打磨修補(bǔ)處，并進(jìn)行著色處理。

2）拼焊管板時(shí)，保證對(duì)接處的錯(cuò)變量，盡量保證零錯(cuò)邊。

3）焊前預(yù)熱時(shí)需在拼縫背面墊保溫棉，并按相應(yīng)的預(yù)熱工藝單進(jìn)行預(yù)熱。

4）預(yù)熱及焊接時(shí)管板周圍采用隔板進(jìn)行圍擋，減緩周圍空氣流動(dòng)，竟可能維持管板預(yù)熱及焊接溫度。

5）預(yù)熱溫度在100℃左右，焊接時(shí)的層間溫度不低于100℃左右。

6）管板組對(duì)完成后，預(yù)熱時(shí)焊縫必須采用拉筋連接，防止預(yù)熱時(shí)管板受熱變形而開裂等情況發(fā)生。

7）嚴(yán)格按照相關(guān)要求烘干焊材，禁止焊材暴露在空氣中。

8）焊工領(lǐng)取焊條時(shí)，必須用保溫桶且保溫桶需連接電源。

9）焊接時(shí)切勿急于求成，中途焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷要及時(shí)處理。

10）焊接時(shí)焊接區(qū)域嚴(yán)禁使用風(fēng)扇。

11）背面清根安排在白天時(shí)間進(jìn)行，且清根要干凈、徹底。

2.6 管板焊接后變形數(shù)據(jù)

管板拼焊完成后，利用拉線法測量管板各角度方向上平面度，數(shù)據(jù)分布如圖4所示。通

過測量數(shù)據(jù)可得，第一塊管板平面度最大差值為15mm，第二塊管板平面度最大差值為13mm，

兩塊管板距離車加工富余量25mm均具有較大余量，因此，車加工至管板150mm厚度沒有太大

困難。且管板經(jīng)過TOFD檢測后，焊縫均合格。

3 總結(jié)

1）經(jīng)過多次生產(chǎn)實(shí)踐證明，采用上述方法可以有效控制管板的焊接變形，很大程度提高了管板的制造質(zhì)量，因而也提升了整體設(shè)備的質(zhì)量。

2）焊接前一定要檢查焊接坡口是否合格。因?yàn)楣馨遢^厚，坡口較深，坡口尺寸數(shù)據(jù)稍微變大就是增加很大的金屬填充量，從而增加管板受熱次數(shù)，導(dǎo)致焊接變形量或變形率變大。

3）焊接過程中一定注意隨時(shí)檢測管板角變形量、管板溫度及焊縫的層間溫度，溫度越均勻越好，焊縫成型也很穩(wěn)定。切勿貪圖效率高減少管板反面次數(shù)，造成角變形過大而無法校平，增加了制造成本也影響了管板質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]史蓮蓮，杜斌.大型反應(yīng)器管板焊接變形控制[J].甘肅科技，2008（10）：10-12.

[2]張舉綱.壓力容器管板焊接變形的控制措施[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（7）：84.

[3]許曉芳，李清龍.控制壓力容器管板焊接變形的方法[J].化工裝備技術(shù)，2007（5）：33-34.

[4]李晗. 壓力容器管板焊接變形控制方法略談[J].科學(xué)管理，2018（6）：254.

作者簡介：

王利軍，男，（1985），工程師，從事壓力容器焊接研究工作。

（作者單位：西安航天華威化工生物工程有限公司）