本站原创摘 要：辽河石油勘探局油建一公司是全国石油基建系统具有A1A2级压力容器生产资质的极少数企业之一.2005年10月,首次为某石化厂成功地焊接制造了一批高压缓冲器.在制造过程中,对容器的焊接特性进行了理论分析,制定了GTAW＋AW和多层多道焊的工艺方法,采取预热＋PWHT的措施.有效地控制了焊接缺陷,保证了焊接质量.截止到目前为止已经成功焊接上百台高压缓冲器,取得了很好的效果.
关 键 词：缓冲器焊接特性GTAW＋AW预热＋PWHTRT
高压缓冲器由两个冲压半球和数根丝头接管组装焊接而成,直径600mm,壁厚42mm,材质为16MnR,设计压力34.3Mpa,设计温度150℃,工作介质为H2、N2,是Ⅲ类压力容器,焊接质量要求严格,其中A、B类接头100%RT检验,按JB4730－94《压力容器无损检测》执行,Ⅱ级合格,C、D类焊接接头进行MT或PT检测Ⅰ级合格,容器按GB150－1998《钢制压力容器》制造检验与验收.
一、焊接特性
在制订焊接工艺前,对16MnR的焊接特性和缓冲器的焊接特点进行详细的理论分析和研究.
1.16MnR的主要焊接特性
1.1可焊性
根据IIW推荐的碳当量计算法,16MnR的CE值较小（0.29%）,其材质的可焊性较好.但是,由于16MnR含有少量合金元素,其淬硬倾向较低碳钢要大.
1.2裂纹
在焊接16MnR时,一般情况下,不会产生裂纹.但是,在低温环境、或在大刚性和钢板厚度较大（＞25mm）时焊接,因冷却速度过快而出现马氏体组织,增大了冷裂倾向,产生热裂纹.
1.3脆化
当HAZ达到1100℃时,粗晶区将因晶粒长大或出现魏氏体组织而产生脆化,因此,焊接工艺参数要适中.
2.缓冲器的焊接特点
缓冲器的结构为球体,直径小（D＝600mm）、壁厚大（δ＝42mm）,焊缝形式为对接和对接＋角接,坡口深而窄,焊接工作量大,如果整体组装后焊接,焊接过程中,容易产生夹渣（或未熔合）、气孔和裂纹等缺陷,一旦造成焊缝返修,经济损失严重.
按常规,对于D＝600mm,δ＝42mm的球体环缝探伤,采用γ源外曝,为便于返修,至少要分两个层次进行,拍片张数多、时间长,成本高,且影响生产.
二、焊接工艺评定和焊工资质
根据上述焊接特性,按JB4708－2000《钢制压力容器焊接工艺评定》规则,国家质检总局颁发的《锅炉压力容器压力管道焊工考试管理规则》经考试合格的焊工,才能参加容器的焊接,
三、焊接工艺
对拟定的焊接工艺,经模拟焊接和工艺评定合格后,根据容器组装后的实际情况,稍加修改并应用于焊接生产中.
1.焊接方法
根据缓冲器的焊接特点和质量要求,通过对其他焊接方法的比较,选用GTAW＋AW的组合焊接工艺方法,接管与球体角焊缝在环缝组对前焊接,并采用双面焊,环缝采用单面焊.
2.焊接设备
美国Mailler.602型焊机、GTAW＋AW两用直流电源、威尔斯通水冷GTAW焊炬、氧一乙炔火焰预热工具、红外线温度检测仪.
3.焊接材料
根据16MnR的焊接特性,遵照焊缝强度等于或稍高于母材的低合金高强度钢焊条的选用原则,选择如下：
GTAW：焊丝H10Mnsi直径Φ2.5mm,铈钨棒Φ3mm,Ar气纯度99.98%,长型号喷嘴；AW：E5015,Φ3.2mm和Φ4mm,烘烤温度（350～450）℃,保温时间（1～2）h.
4.坡口型式和加工方法
缓冲器直径小、壁厚大,球体环缝只能采用单面焊双面成形的工艺,而两个半球上的接管可以进行双面焊后再组装.
5.焊接工艺参数
为了降低冷却速度,防止冷裂纹和夹渣的产生,考虑施工季节的环境温度（20℃）、球体组装后刚度增加和预热使焊工劳动条件恶化的原因,焊前预热温度选择（100～150）℃.氩气流量Q＝（9－10）L/min,其他主要焊接参数见下表：
环缝焊接参数
6.焊接工序
接管焊接：坡口清理——接管组对——预热——正面GTAW——反面AW——正面AWMT
环缝焊接：坡口清理——球体组对——预热——GTAW——AW——RT——PWHT——试压.
四、焊接操作
1.接管的焊接
施焊前要对坡口进行预热,当温度达到（100－150）℃时,才能开始焊接.GTAW打底时,电弧应对准接管一侧稍加稳弧,适当添加焊丝,防止产生裂纹.
2.环缝的焊接
接管焊接完毕,并检验合格后,在两个半球上,按与环缝截面相垂直的轴线上分别焊接一根2吋的管子,架空一定高度,使整条环缝都能处于转动焊位置,再按焊序进行焊接.
2.1打底焊
采用GTAW时,受U型坡口陡、窄而深的影响,只能使用（8－10）mm的长型喷嘴.
引弧时,应把焊和输Ar管内的空气排放干净,待5－6秒后,Ar气流量正常再进行焊接.
2.2填充盖面焊
因GTAW焊层薄,为防止烧穿,用φ3.2mm焊条焊第2层,电流不要太大,层间温度不能低于预热温度.第3、4层焊道宽度适中,在坡口两侧稍做稳弧,注意焊条角度,选择合适的焊接参数.第5－10层,采用一层两道的排焊方法.
五、PWHT
焊缝RT检验和容器外观检验合格后,为了消除焊接应力,减小冷裂倾向,提高焊缝的韧性,按图4方法对缓冲器进行整体PWHT.
六、结论
1.遵守上述焊接工艺和操作方法,共焊接制造了7台高压缓冲器,经检测,各项技术指标均达到设计要求,并交付使用,证明本工艺方法是合理的.
2.采用一次性RT检验的方法,如果一次合格,与常规的二个层次的拍片方法比较,可节约成本50%.即使有少量的一次焊缝返修,也是经济的,但该方法对焊工的操作技术和成功率要求高.