CO气体保护焊在加氢产品制造中的应用

CO2气体保护焊在加氢产品制造中的应用上海锅炉有限公司张良成朱文健黄光武摘要本文主要介绍CO2气体保护焊进行不锈层的堆焊的工艺试验和工艺评定，并应用于加氢产品中，取得良好效果。关键词：加氢产品CO2气体保护焊堆焊0前言我厂继成功地为镇海石油化工总厂制造了560t加氢裂化反应器之后，又相继为茂名石化总厂和广州石化总厂成功地制造了两台440t渣油加氢脱硫反应器和一台220t加氢精制反应器。加氢反应器的总体结构基本类似，都是由筒体、封头和大小不同的接管所组成，这些筒体与筒体、筒体与封头、筒体与接管之间焊接后的连接处内壁均需堆焊耐腐蚀的不锈钢还有大大小小的接管内壁、接管端面与法兰密封面也需堆焊不锈钢，以及筒体内壁的凸台表面亦需进行不锈钢堆焊。有些可用30（37.5）mm的窄带极，但由于设备、台位等诸多方面的因素而无法采用带极堆焊，所以只好采用手工电弧焊进行堆焊，总堆焊面积达20～30m2左右，约用不锈钢焊条4～6t，工作量之大可想而知。虽然手工电弧焊在整个焊接领域中点着很大的比例，它有着操作简便灵活的优点，但由于焊条比较短，在焊接时需经常更换。以560t加氢筒体内壁补堆焊一圈（一条）焊道为例，手工电弧焊堆焊需换焊条50次左右。另外不锈钢焊条在稍大电流下焊接，焊条就会发红，熔化不良，为此有时较长的发红焊条头只好弃之不用，造成焊条损耗较大，同时焊工的劳动强度也较大，而且它的质量与焊工的操作技能、焊工的体力和情绪密切相关。这些方面稍有波动就会影响焊接质量的稳定性。随着生产制造的不断改进和科学技术的不断发展，为了加强生产进度，稳定堆焊质量，减少焊工的劳动强度，节约焊接材料，我厂在采用手工电弧焊进行堆焊的同时，及时地采用了用CO2气体作为保护气体的药芯焊丝自动堆焊。CO2气体保护药芯焊丝堆焊具有焊道整齐，可连续施焊几个小时的特点。在筒体对接处，内壁堆焊用电焊条补堆需更换焊条50次左右，接头很多，而CO2气体保护焊只有一个接头，大大减少了焊道中的接头，减少了换焊条的时间，另外，CO2气体保护焊的焊道每层厚度4mm左右，而手工电弧堆焊厚度只有2mm左右，可提高工效两倍多，此外CO2气体保护焊用的是药芯焊丝，焊道药皮很薄，极易去除，不易出现夹渣现象等。上述种种的特点说明CO2气体保护焊比手工电弧焊更能在加氢产品的制造中发挥很大的作用。1焊接工艺评定1.1我厂根据实际的产品结构和堆焊要求，分别采用试板和试环做了两种工艺评定。评定用基本金属母材和产品一样的2.25Cr—Mo锻件，其化学成分和力学性能分别见表1和表2。表12.25Cr—Mo锻件化学成分化学成分CSiMnPSCrMoSb标准值0.13～0.17≤0.100.300.60≤0.010≤0.0122.0～2.50.90～1.10≤0.003试板0.150.070.5350.090.0012.381.08＜0.003试环0.150.070.5350.090.0012.401.08＜0.003化学成分SnAsNiCu[H]JX标准值≤0.015≤0.016≤0.18≤0.16＜2×10-6≤150≤20试板0.007＜0.0050.050.04＜2×10-696.8＜13.8试环0.007＜0.0050.050.04＜2×10-695.2＜14.4表22.25Cr—Mo锻件力学性能常温427℃冲击韧性/J.cm-210℃冲击韧性/J.cm-2-30℃硬度/HBσb/MPaσ0.2/MPaδ５(%)Ψ(%)σ0.2/MPaδ５(%)Ψ(%)标准值520～686≥314≥19≥40≥242≥19≥40≥78(平均值)≥63(单个值)≥69(平均值)≥60(单个值)≤220试板55641727833832282＞368＞368＞368＞368176.183试环53739330823092482＞368＞368＞368＞368181.187超低碳不锈钢堆焊材料是从神户制钢所进口的，过渡层药芯焊丝牌号GFW309L，不锈层药芯焊丝牌号GFW347L，焊丝ф1.6mm其化学成分见表3。表3药芯焊丝化学成分（%）化学成分CSiMnPSNiCrMoCuSbGfw309l0.0260.461.300.0250.00312.9823.580.020.02Gfw347l0.030.441.410.0220.00210.1018.910.501.2堆焊评定简要工艺在过滤层堆焊前试板（试环）预热（100～120）℃过渡层堆完后立即进行（350～400）℃×2h的去氢处理，并对过渡表面进行100%着色检查，合格后再连续堆焊二层不锈层，其堆焊层总高度≥8mm，主要堆焊参数见表4。堆焊试板经（690±10）℃×26h最终热处理后进行100%着色和超声波探伤。1.3堆焊层性能试验按照产品技术要求和相关法规对评定试板（试环）进行了解剖取样。表4药芯焊丝自动堆焊参数堆焊层数堆焊层厚度/mm焊接线能量/J.mm-1预热温度/℃气体流量Q/L.min-1层间温度/℃过度层2.5～31120100～12012～20≤150不锈层(一)3～3.5118212～20≤150不锈层(二)3～3.5118212～20≤150试样经严格的性能测试，其结果完全达到产品技术要求和相关法规的规定，详见表5～表8。表5堆焊层大小侧弯试验取样部位试样类型弯轴尺寸弯曲角度结果试板堆焊层+母材大、小侧弯D=4Tα=180°堆焊层及热影试环堆焊层+母材大、小侧弯D=4Tα=180°响区均不裂表6堆焊层大小侧弯试验取样部位检查结果试板堆焊层表面下3～3.5mm范围内堆焊层组织为奥低体+少量铁素体，过热区为贝氏体，未发现明显缺陷试环表7堆焊层化学成分CSiMnSPCrNiMoCuNb要求≤0.05≤0.91.0～2.5≤0.03≤0.0418～219～11≤0.5≤0.58×C～1.0试板0.030.491.470.0060.02318.6110.610.080.020.44试环0.040.421.270.0080.02518.5010.700.060.020.22表8堆焊层其它测试项目测试试件测试结果试板堆焊层与母材熔合面的剪切强度按ASMEⅡSA263图1方法:гb=393～442MPa堆焊层表面下3～3.5处铁素体含量为4.1%堆焊层表面硬度值:183,185,185试环堆焊层与母材熔合面的剪切强度按ASMEⅡSA263图1方法:гb=315～340MPa堆焊层表面下3～3.5处铁素体含量为5%堆焊层表面硬度值:177,185,1962产品堆焊2.1筒体内壁及凸台表面堆焊加氢反应器制造在焊接生产中所使用的CO2气体保护焊焊机由伊莎（ESAB）公司生产，型号为LAH—500。焊枪采用气冷却保护，焊接电缆长约3m，可伸入筒体内壁3m处进行堆焊。焊丝采用日本进口的不锈钢药芯焊丝，一盘焊丝可连续2.5h的焊接。由于CO2气体保护焊的焊接电缆较粗（ф30mm）又较长（3m），焊枪又比手工焊钳重，焊工手持操作时间一长就发酸，易抖动。另外，产品堆焊过渡层时筒体要预热（100～120）℃，人站在筒体上面，受到热量的辐射，既使站在铺着的石棉布上施焊鞋底也会发烫。焊工的劳动强度大，势必会影响施焊的稳定性和质量。为此我们根据筒体内壁堆焊的特点，自制了一个简易焊接工装架子，电缆线可绑在架子上，焊枪固定在架子前面可任意转动，上下变换角度。堆焊前需调节好翻转架，注意筒体转动一圈后的位移尺寸，调整好焊枪的位置的角度以及导电嘴与工件的距离。堆焊时焊枪固定，筒体转动，这样使手工操作焊变为机械半自动焊，减少了焊工的劳动强度。同样一圈（一条）焊道，手工电弧堆焊需1h，而CO2气体保护堆焊只需0.5h。施焊质量稳定，CO2气体保护堆焊的产品不锈层经着色、超声波探伤以及产品不锈层取样作化学分析，全部符合加氢产品技术要求。2.2接管内壁堆焊接管内壁堆焊设备是由哈尔滨焊接研究所提供的，其型号为HZU—350。堆焊管内径ф50～300mm，管外径ф100～800mm，长度小于2000mm，焊接电流可调范围50～500A。堆焊机的控制装置主要由堆焊程度、机头摆动、弧长调节、保护气、冷却水循环、堆焊机床动作等控制系统组成。机械装置利用匈牙利加长630车床改装，实现工件的夹紧、旋转、支承等功能。同样施焊质量稳定，CO2气体保护堆焊的产品不锈层经着色、超声波探伤以及产品不锈层取样化学分析，全部符合加氢产品技术要求。3结论加氢产品制造中的不锈层堆焊，采用的CO2气体保护堆焊工艺方法比手工电弧焊堆焊有如下明显优势：⑴进一步稳定了堆焊质量，焊道整齐，一圈只有一个焊道接头。⑵焊接效率较之手工电弧堆焊提高了一倍，减少了换焊条的次数，可以筒体一边转，一边进行堆焊，缩短了焊接周期。以一条环缝补堆不锈层为例，可节约工时约150h。⑶减少了焊材的损耗。以一条环缝补堆不锈层为例，采用CO2气体保护堆焊后，与手工焊条相比，初步估计可节约焊材约45㎏。⑷减轻了焊工的劳动强度，由于采用了自制架子进行堆焊，焊工可不用拿焊枪手把，只需在旁边注意观察筒体转动时位移尺寸进行适当的调整就可以了。⑸经工艺改进，对过渡层堆焊后采用立即（350～400）℃的去氢处理，代替中间热处理，提高了工艺水平和工作效率，加快了生产周期。⑹产品堆焊质量完全满足加氢产品技术要求，一次合格率为100%，以达到国外同类产品水平。参考文献1曾乐.现代焊接技术手册.上海:上海科学技术出版社,1993.