加氫反應器封頭焊接設計

1、目錄1.任務分析21.1設計背景21.2技術參數(shù)21.3結(jié)構(gòu)分析31.4焊接要求概述42.焊接工藝準備52.1焊接技術選擇52.2焊縫坡口的選擇和制備52.3焊接材料的選擇63.埋弧焊工藝參數(shù)的選擇74.焊條電弧焊工藝參數(shù)選擇85.焊接95.1預熱95.2封頭拼焊105.3封頭接管焊接105.4封頭內(nèi)壁耐蝕層堆焊116.焊后熱處理127.焊后檢驗138.焊縫返修139.總結(jié)1310.參考文獻14加氫反應器封頭焊接設計1.任務分析1.1設計背景從結(jié)構(gòu)形式講，加氫反應器分冷壁加氫反應器和熱壁加氫反應器，20世紀60年代初由于冶煉水平與制造水平有限，加氫反應器多數(shù)冷壁結(jié)構(gòu)形式，即在反應器內(nèi)襯上很厚的

2、大顆粒珍珠巖混凝土保溫層以保證反應器殼體的壁溫不致過熱。20世紀70年代以后隨著技術的不斷發(fā)展逐漸由冷壁加氫反應器轉(zhuǎn)向熱壁加氫反應器。熱壁加氫反應器克服了冷壁反應器的不足，內(nèi)壁不需要襯保溫層，具有有效體積利用率高、施工周期短、生產(chǎn)維護方便、安全可靠等特點，因此為世界各國普遍采用并且向大型化發(fā)展。1.2技術參數(shù)技術特性表 容器類別類三設計壓力 MPa8.63設計溫度 435 操作壓力MPa7.55 操作溫度 409 公稱壁厚 mm78 焊接接頭系數(shù)1腐蝕余量量 mm2 操作介質(zhì)催化柴油、焦化柴油 容器規(guī)格 mm3613（78+6.5）30200 主體材質(zhì)2.25Cr-1Mo1.3結(jié)構(gòu)分析加氫精制

3、反應器為板焊結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑3600，壁厚98，由2節(jié)組成；封頭內(nèi)半徑1806，壁厚78，總重量170000Kg。整個容器位于裙座圈上，總高度約13000，容器內(nèi)壁（該包括封頭、筒體、法蘭以及接管和彎管）全部堆焊309L+347 不銹鋼，反應器設有油氣進出口、催化劑卸料口、冷氫進口、熱電偶口、人孔等接管孔，所有接管均采用整體補強結(jié)構(gòu)，裙座采用對接結(jié)構(gòu)，各接管密封采用八角墊結(jié)構(gòu)，設備上下各有一個彎管。容器內(nèi)部焊有凸臺（一周），安裝有冷氫盤、分配盤等內(nèi)件。材料選用15CrMoR 材料加氫反應器是煉油化工行業(yè)中加氫裝置的核心設備，工作條件十分苛刻，要求設備既耐高溫(約400-450)、高壓(8-18MP

4、a)，還要能抗氫腐蝕，為此，一般選用Cr-Mo耐熱鋼制造殼體，有的1Cr-0.5Mo或1.25Cr-0.5Mo-Si，但更多的選用2.25Cr-1Mo鋼。 2.25Cr-Mo鋼材各組分含量成分CSiMnPS Cr Mo含量0.15%0.12%0.54%0.007%0.003%2.23%0.95%1.4焊接要求概述焊接是壓力容器制造中的一種主要加工方法之一, 如平板拼接、筒節(jié)與筒節(jié)、筒節(jié)與封頭、人孔、接管與殼體及法蘭的連接, 內(nèi)件的組焊以及支座與殼體的連接等等, 大多由焊接的方法完成。通過分析大量的質(zhì)量事故使人們認識到壓力容器的安全性與材料選擇、焊接工藝過程、焊接質(zhì)量 管理有很大的關系。焊接工藝

5、設計最終產(chǎn)生的焊接工藝文件具有法令性, 將成為生產(chǎn)制造活動中所必須遵循的規(guī)范和依據(jù)。目前，國內(nèi)也早就形成了一套較為健全的與焊接工藝規(guī)程及評定相關的國標和行業(yè)標準，如JBT4708-2000、GB150-1998、JB4420-1986鍋爐焊接工藝評定、蒸氣鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程、鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則、JB/T1609-1993鍋爐鍋筒制造技術條件等。1、焊接環(huán)境出現(xiàn)下列任一情況時,須采取有效防護措施,否則禁止施焊a. 風速:氣體保護焊時大于2m/s,其它焊接方法大于10 m/s；b. 相對濕度大于90%；c. 雨雪環(huán)境；d. 焊件溫度低于-20。2、當焊件溫度為0-20時,應在

6、始焊處100mm范圍內(nèi)預熱到15以上。3、應在引弧板或坡口內(nèi)引弧,禁止在非焊接部位引弧.焊縫應在引出版上收弧,弧坑應填滿。4、防止地線、電纜線、焊鉗與焊件打弧。5、電弧擦傷處的弧坑需經(jīng)打磨,使基均勻過渡到母材表面,若打磨后的母材厚度小于規(guī)定值時,則需補焊。6、受壓元件的角焊縫的根部應保證焊透。7、雙面焊須清理焊根,顯露出正底的焊縫金屬.對于自動焊,若經(jīng)試驗確認能保證焊透,亦可不作清根處理。8、接弧處應保證焊透與熔合。9、施焊過程中應控制層間溫度不超過規(guī)定的范圍.當焊件預熱時,應控制層間溫度不得低于預熱溫度。10、每條焊縫應盡可能一次焊完.當中斷焊拉旮,對冷卻紋敏感的焊件應及時采取后熱、緩冷等措

7、施.重新施焊時,仍需按規(guī)定進行預熱。11、采用錘擊改善焊接質(zhì)量時,第一層焊縫和蓋面焊縫不宜錘擊。12、引弧板、引出板、產(chǎn)品焊接試板和焊接工藝紀律檢查試板不應錘擊打落 2.焊接工藝準備2.1焊接技術選擇球形封頭屬于不可展的零件，但生產(chǎn)中沖壓加工或旋壓加工是毛坯料展開后的圖形都為圓形，所以只需要求出展開后的半徑或直徑即可，采用經(jīng)驗法進行計算 Do=KDm+2h Do為包括了加工余量的展開直徑；K為經(jīng)驗系數(shù) Dm 中性層直徑 ； h 封頭的直邊高經(jīng)查表，由球形封頭a：b=1，所以K取1.42由于由總圖可知，Dm=3613+78=3691 h=0 ,因此Do=1.42X3691=5167.4mm由標準

8、鋼板的規(guī)格限制以及展開計算可以得知，需要多塊鋼板， 因此采用拼焊縫技術，并選用埋弧自動焊。2.2焊縫坡口的選擇和制備（1）焊接接頭坡口形狀和幾何尺寸的設計，應遵循以下原則：a.焊縫填充金屬盡量少； b.避免產(chǎn)生缺陷； c.減少殘余焊接變形與應力； d.有利于焊接防護； e.焊工操作方便； f.復合鋼板的坡口應有利于減少過渡層焊縫金屬的稀釋率。（2）由主材為2.25Cr-1Mo，以及標準抗拉強度，因此采用冷加工方法加工坡口，由鋼板的厚度比較大，考慮材料的成本以及毛坯直徑過大，應采用單面外向的坡口。（3）坡口制備1 、碳素鋼和標準抗拉強度不大于540MPa的碳錳低合金鋼可采用冷加工 ,也可采用熱加

9、工方法置備坡口。2 、標準抗拉強度大于540MPa的碳錳低合金鋼、鉻鉬低合金鋼和高合金鋼宜采用冷加工法.若采用熱加工方法,對影響焊接質(zhì)量的表面層,應用冷加工方法去除。3、 焊接坡口應保持平整,不得有裂紋、分層、夾渣等缺陷,尺寸符合圖樣規(guī)定。4 、坡口表面及兩側(cè)(手弧焊各10mm,埋弧焊、氣體保護焊各20mm,電渣焊各40mm)應將水、鐵銹、油污、積渣和其它有害雜質(zhì)清理干凈。5 、奧氏體高合金鋼坡口丙側(cè)各100 mm范圍內(nèi)應刷涂料,以防止沾附焊接飛濺。6、按焊接技術要求加工坡口，坡口兩側(cè)30mm范圍內(nèi)清理污物，然后按焊接工藝施焊；7 、焊條、焊劑按規(guī)定烘干、保溫;焊絲需去除油、銹;保護氣體應保持

10、干燥。2.3焊接材料的選擇（1）埋弧焊的焊絲主要有實心焊絲和藥芯焊絲兩種，生產(chǎn)中主要使用前者。焊絲直徑的選取依用途而定，自動埋弧焊一般使用直徑為（3-6mm）的焊絲，以發(fā)揮埋弧焊大電流和高熔敷率的有優(yōu)點。焊絲直徑（mm）1.52.02.53.04.05.06.0電流范圍，A115-500125-600150-600200-1000340-1100400-1300600-1600焊絲H08MnA、H08A、廣泛用于壓力容器等行業(yè)，更適用于中、厚板的焊接，三者均屬于中錳中硅型焊絲，與中錳、硅的焊劑相匹配，對母材上的銹跡不敏感，焊道成型及脫渣性能優(yōu)良。其主要參數(shù)如下：牌號成分MnCSiSNiCrH0

11、8A0.30-0.550.100.030.0300.300.20H08MnA0.80-1.100.100.070.0300.300.20H10Mn21.50-1.900.120.070.0350.300.20（2）焊劑根據(jù)生產(chǎn)實習指導書表3-1可選HJ101（3）焊接電源、焊接速度焊接電源（A）焊接速度（com/min）電源類型300-500100直流600-9003.8-75直流、交流120012.5-38交流3.埋弧焊工藝參數(shù)的選擇埋弧焊的焊接參數(shù)主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、電流種類、焊絲傾角和伸出長度等。1、焊接電流一般焊接條件下，焊縫熔深與焊接電流成正比。 隨著焊接

12、電流的增加，熔深和焊縫余高都有顯著增加，而焊縫的寬度變化不大。同時，焊絲的熔化量也相應增加，這就使焊縫的余高增加。隨著焊接電流的減小，熔深和余高都減小。2、電弧電壓電弧電壓的增加，焊接寬度明顯增加，而熔深和焊縫余高則有所下降。但是電弧電壓太大時，不僅使熔深變小，產(chǎn)生未焊透，而且會導致焊縫成形差、脫渣困難，甚至產(chǎn)生咬邊等缺陷。所以在增加電弧電壓的同時，還應適當增加焊接電流。3、焊接速度當其他焊接參數(shù)不變而焊接速度增加時，焊接熱輸入量相應減小，從而使焊縫的熔深也減小。焊接速度太大會造成未焊透等缺陷。為保證焊接質(zhì)量必須保證一定的焊接熱輸入量，提高生產(chǎn)率而提高焊接速度的同時，應相應提高焊接電流和電弧電

13、壓。4、焊絲直徑與伸出長度當其他焊接參數(shù)不變而焊絲直徑增加時，弧柱直徑隨之增加，即電流密度減小，會造成焊縫寬度增加，熔深減小。反之，則熔深增加及焊縫寬度減小。當其他焊接參數(shù)不變而焊絲長度增加時，電阻也隨之增大，伸出部分焊絲所受到的預熱作用增加，焊絲熔化速度加快，結(jié)果使熔深變淺，焊縫余高增加，因此須控制焊絲伸出長度，不宜過長。5、焊絲傾角焊絲的傾斜方向分為前傾和后傾。傾角的方向和大小不同，電弧對熔池的力和熱作用也不同，從而影響焊縫成形。當焊絲后傾一定角度時，由于電弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了預熱作用，電弧對熔池的液態(tài)金屬排出作用減弱，而導致焊縫寬而熔深變淺。反之，焊縫寬度較小而熔深較大

14、，但易使焊縫邊緣產(chǎn)生未熔合和咬邊，并且使焊縫成形變差。4.焊條電弧焊工藝參數(shù)選擇1、焊條電弧焊電源種類、極性和焊接電流的選擇焊條電弧焊采用的電源有交流電源和直流電源兩大類，應根據(jù)焊條藥皮類型和焊條的使用說明來選擇焊接電流種類和極性。選擇電流時，要考慮焊條直徑、藥皮類型、焊件厚度、接頭類型、焊接位置、焊道層數(shù)等因素。一般碳鋼焊接結(jié)構(gòu)是根據(jù)焊條直徑來確定焊接電流.計算經(jīng)驗公式如下： I=Kd焊條直徑/mm1.62.0-2.53.24.0-6.0K20-2525-3030-4040-502、電弧電壓的選擇電弧電壓是由電弧長度所決定的，弧長是指從焊條端部到熔池表面的距離，電弧電壓則是影響焊縫寬度的主要

15、因素。3、焊接速度 焊接速度主要取決于焊條的熔化速度和所要求的焊縫尺寸、裝配間隙和焊接位置等，焊接速度對焊縫外觀有直接的影響。在厚板焊接時，必須采用多層焊或多層多道焊。在對焊接力學4、焊接層數(shù)的選擇性能和致密度要求較高的情況下，要求每層焊道厚度不大于4mm。5.焊接5.1預熱1、根據(jù)母材的化學成分、焊接性能、厚度、焊接接頭的拘束程度、焊接方法和焊接環(huán)境等綜合考慮是否預熱,必要時通過試驗確定。2、不同鋼號相焊時,預熱溫度按預熱溫度要求較高的鋼號選取。3、采取局部預熱時,應防止局部應力過大.預熱的范圍為焊縫兩側(cè)各不小于焊件厚度的3倍,且不小于100 mm。4、需要預熱的焊件在整個焊過程中應不低于預

16、熱溫度。5、當用熱加工法下料、開坡口、清根、開槽或施焊臨時焊縫時,亦需考慮預熱要求。5.2封頭拼焊（1）材料 2.25Cr-1Mo(鋼板) （2）焊接位置 平焊 （3）焊接方法 埋弧自動焊 （4）焊材 焊絲：H08MnMoA 4。焊劑：SJ101。焊條（裝配、點焊用）：E6015-B3 4或5 (5)焊接工序 焊接坡口干磁粉(MT)檢測預熱(預熱溫度200)裝配、點焊窄間隙埋弧自動焊焊接外坡口(層間溫度200 250)后熱(200 3002h) 24 h后無損檢測(100MT+100UT+100RT)。 (6)焊接參數(shù) 焊接電流I=500 550A； 焊接電壓U=28 30V； 焊接速度v=3

17、60 400mm/min。 5.3封頭接管焊接（1）材料 接管 2.25Cr-1Mo(鍛件)，封頭2.25Cr-1Mo(鋼板)。 （2）焊接位置 平焊。 （3）焊接方法 埋弧自動焊（4）焊材材料 焊材 焊絲：H08MnMoA 4。 焊劑：SJ101。（5）焊接工序 焊接坡口干磁粉(MT)檢測預熱(預熱溫度200) 裝配、點焊外坡口埋弧自動焊(層間溫度200 250)后熱(200 3002h) 24 h后無損檢測(100MT+100UT+100RT)。 （6）焊接參數(shù) 焊條電弧焊 電流I4=170 190A； 電流I5=190 210A，；電壓U4、5=22 26V；焊接速度v4=130 150

18、mm/min；焊接速度v5=140 160mm/min。 埋弧自動焊 焊接電流I=500 550A； 焊接電壓U=28 30V； 焊接速度v=360 400mm/min。5.4封頭內(nèi)壁耐蝕層堆焊（1）堆焊位置 平焊(堆焊時將封頭放置于變位機上，堆焊時保證堆焊位置始終處于平焊狀態(tài))。（2）堆焊方法 埋弧帶極堆焊（3）堆焊材料 封頭內(nèi)壁耐腐蝕層堆焊焊材堆焊層焊帶牌號規(guī)格/mm焊帶產(chǎn)地焊劑牌號焊劑產(chǎn)地過渡層309L50X0.4進口HJ107國產(chǎn)表層347L50X0.4進口HJ107Nb國產(chǎn)注：留意因封頭是曲面，采用HJ107焊劑與同類型進口焊劑相比，其熔深大，使堆焊層結(jié)合面不輕易產(chǎn)生夾渣，堆焊質(zhì)量好

19、。（4）堆焊工序 預熱封頭(預熱溫度150) 埋弧帶極堆焊過渡層后熱(250 3002h) 堆焊層表面著色檢查(PT) 埋弧帶極堆焊面層堆焊層表面著色檢查(PT) 結(jié)合面無損檢測(UT)。 （5）焊接參數(shù) 干伸長：15mm。 焊道搭接量：6mm。過渡層：電流I=700 800A，電壓U=30 32V，焊接速度v=175mm/min。表面層：電流I=700 800A，電壓U=30 32V，焊接速度v=165mm /min。 6.焊后熱處理 對焊接后的封頭進行熱處理7.焊后檢驗（1）焊縫外觀及尺寸（2）產(chǎn)品焊接檢查、焊接工藝檢查（3）無損檢驗8.焊縫返修1、對需要焊接返修的缺陷應當分析產(chǎn)生原因,提出改進措施,按標準進行焊接工藝評定,編制焊接返修工藝。2、焊縫同一部位返修次數(shù)不宜超過2