深孔钨极自动氩弧焊外角焊在高压空冷器上的应用

金 平 彭 胜

(1. 武汉市锅炉压力容器检验研究所；2. 武汉市润之达石化设备有限公司)

深孔钨极自动氩弧焊外角焊在高压空冷器上的应用

金 平*1彭 胜2

(1. 武汉市锅炉压力容器检验研究所；2. 武汉市润之达石化设备有限公司)

通过探讨焊接设备、制造工艺、焊丝选择及焊接工艺评定等方面的因素，总结出了高压空冷器管头深孔加丝式脉冲自动钨极氩弧焊的焊接工艺。

高压空冷器 管头 外角焊缝 深孔焊

近年来随着国内外石油制品的需求量大幅度上升，压力容器也向着大型化、高参数和长寿命的方向发展。为了满足产品结构和相关技术的要求，高压空冷器在制造工艺上要求通过深孔加丝式自动钨极氩弧焊来实现管子与管板间的焊接。深孔焊的难点在于焊枪必须通过M30的丝堵孔横穿管箱内腔进行焊接，为达到强度焊要求，管头焊接采用外角焊缝加填丝焊，且焊接过程中观察受到障碍，此时无论对焊机还是工艺都有很高的要求。为此，从焊接设备、制造工艺、焊丝选择、工艺规范的调试、焊接工艺评定及试验等一系列环节进行攻关，最终在试验产品上取得了满意的结果。

1 高压空冷器的技术参数和结构特点

反应产物高压空冷器规格型号为：GP9×3-4-129-10.35-23.4/DR-Ⅱ；入口温度140℃，出口温度50℃；使用介质中含H2S和H2；管箱材料为Q345R(HIC)，换热管为10#钢，翅片为双金属轧制纯铝。管箱结构如图1所示。

图1 管箱结构示意图

2 焊接设备

为完成高压空冷器管子与管板间深孔加丝全位置脉冲自动钨极氩弧焊外角焊，通过与某焊接设备公司进行沟通，笔者提出焊接设备的技术要求，深孔焊枪如图2所示，通过大量的试验改进，最终实现了对管头实施水平固定的脉冲自动钨极氩弧焊，同时实现了管头加丝或不加丝的外角焊缝的焊接。

图2 深孔焊枪结构示意图

3 工艺试验及认证

为检验焊接设备的可操作性和焊接工艺的可实施性，笔者依据NB/T47007-2010的要求制备材料为Q345R的模拟管箱，制定了严格的工艺[1]，并按NB/T47014进行了相关试验与测试[2]。

3.1管箱的制作

管箱的制造严格按文献[1]的要求制造，为确保丝堵式管箱上的丝堵孔与管孔的同轴度为0.5mm，管板孔与丝堵孔采用先深孔钻再扩孔的工艺。为实现外角强度焊，管子伸出管板面3～4mm，且管子轴线与管孔同心。

3.2工艺规范

焊接采用的是深孔脉冲全自动钨极氩弧焊，模拟焊接时基本无法观察整个焊接过程，因此焊前工艺规范的制定尤为重要。首先是钨极的位置，其次是钨极与管板或管子的距离，最后是焊接规范。钨极基本与定位杆轴线平行略向管壁倾斜，钨极尖端距管板面和钨极距管壁最小距离基本一致(2.0～2.5mm)。钨极与工件之间通过高频起弧，电弧引燃后呈“罩”状，能使焊缝与工件之间很好地熔合。

管头的焊接是水平固定的位置，即横焊、立向上、立向下和仰焊，不同的焊接位置规范有所不同，且在6点钟方向不宜起弧。焊接工艺见表1。

表1 Q345R管板和20#(φ25mm×2.5mm)换热管焊接工艺

3.3试验结果

通过上述工艺，采用深孔加丝全自动钨极氩弧焊共焊接40个管头，外观成形合格率达100%，对管头焊缝进行剖面检验时，其焊缝厚度大于2/3管壁厚度。增加了3个管头焊缝的拉脱力试验，其抗拉强度为460/425/440MPa，均符合标准要求，断裂位置都在管壁处。以此证明焊缝完全达到强度焊的要求。

4 质量控制要点

深孔加丝式脉冲自动钨极氩弧焊难度大的原因是焊接过程无法观察。但通过前期试验和产品制造，总结出以下几个质量控制要点：

a. 管板孔、丝堵孔的同轴度；

b. 焊接前钨极与管板面的位置和距离，钨极与管壁的间距；

c. 管板面、管外壁和端面的除锈；

d. 焊接工艺规范的合理设置；

e. 全位置管板焊易采用脉冲焊方式即峰值形成熔池，基值维持电弧不熄灭，同时对熔池进行冷却。

5 结束语

采用笔者提出的工艺评定和试验数据为某公司设计制造一台高压空冷器产品，管板与管头进行深孔加丝式脉冲自动钨极氩弧焊。第一遍采取不加丝自熔式焊接，保证管子与管板间根部完全熔透；第二遍加丝焊接，以确保管头焊缝厚度与强度。用该工艺方法焊接540个管头，全部一次合格，焊缝外观成形美观，焊缝饱满，达到了设计和使用要求。

[1] NB/T47007-2010，空冷式热交换器[S].北京：国家能源局，2010.

[2] NB/T47014-2011，承压设备焊接工艺评定[S]. 北京：国家能源局，2010.

*金 平，男，1979年7月生，工程师。湖北省武汉市，430024。

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0254-6094(2015)01-0140-02

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