一、概述

加氫反應(yīng)器是煉油化工行業(yè)中加氫裝置的核心設(shè)備，工作條件十分苛刻，要求設(shè)備既耐高溫(約400 ~ 450℃)、高壓(8 ~ 18MPa)，還要能抗氫腐蝕，為此，一般選用Cr-Mo耐熱鋼制造殼體，有的選用1Cr-0.5Mo或1．25Cr-0.5Mo-Si，但更多的選用2.25Cr-1Mo鋼，為了適應(yīng)更高溫和抗氫性能更苛刻的條件，近年來又研制了3Cr-1Mo-0.25V及2.25Cr-1Mo-0.25V制造熱壁加氫反應(yīng)器。

從結(jié)構(gòu)形式講，加氫反應(yīng)器分冷壁加氫反應(yīng)器和熱壁加氫反應(yīng)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(yīng)器多數(shù)冷壁結(jié)構(gòu)形式，即在反應(yīng)器內(nèi)襯上很厚的大顆粒珍珠巖混凝土保溫層以保證反應(yīng)器殼體的壁溫不致過熱。20世紀70年代以后隨著技術(shù)的不斷發(fā)展逐漸由冷壁加氫反應(yīng)器轉(zhuǎn)向熱壁加氫反應(yīng)器。熱壁加氫反應(yīng)器克服了冷壁反應(yīng)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。

二、加氫反應(yīng)器的焊接

現(xiàn)以最典型的加氫用鋼2.25Cr-1Mo制造的熱壁加氫反應(yīng)器殼體作為焊接實例介紹加氫熱壁反應(yīng)器的焊接。

某石化總廠一臺直徑為Φ1 800mm，壁厚δ=108mm，長度為30869mm的熱壁加氫反應(yīng)器。主殼體包括筒體、封頭，全部采用2.25Cr-1Mo鋼板制造，接管法蘭、彎管、直管全部采用2.25Cr-1Mo鍛件制造，所有部件內(nèi)壁堆焊雙層不銹鋼(309L+347L)耐蝕層。

在產(chǎn)品制造前，應(yīng)按產(chǎn)品技術(shù)條件和JB 4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進行以下評定：

① 用于筒體縱、環(huán)縫埋弧焊工藝評定一項；
② 用于接管法蘭環(huán)縫、彎管間環(huán)縫手工鎢極氬弧焊、焊條電弧焊工藝評定各一項；
③ 用于接管法蘭與殼體焊接焊條電弧焊工藝評定一項；
④ 用于筒體內(nèi)壁帶極堆焊工藝評定一項；
⑤ 用于封頭內(nèi)壁帶極堆焊工藝評定一項；
⑥ 用于Φ內(nèi)<100mm的小管徑內(nèi)壁自動鎢極氬弧堆焊工藝評定一項；
⑦ 用于彎管內(nèi)壁自動鎢極氬弧焊工藝評定一項；
⑧ 用于Φ內(nèi)≥100mm接管內(nèi)壁不銹鋼藥芯焊絲自動堆焊一項；
⑨ 焊條電弧焊堆焊工藝評定一項；

以工藝評定以依據(jù)，編制指導(dǎo)產(chǎn)品生產(chǎn)的焊接工藝規(guī)程。其主要零部件及主殼體焊接工藝規(guī)程如下：

1. 筒體縱、環(huán)縫

① 筒體材料 2.25Cr-1Mo(鋼板)

② 焊接位置 平焊

③ 焊接方法 窄間隙埋弧自動焊+埋弧自動焊

④ 焊材 焊絲：US-521S(日本神鋼) Φ4。焊劑：PF-200(日本神鋼)。焊條（裝配、點焊用）：CMA-106N(日本神鋼) Φ4或Φ5

⑤ 焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(MT)檢測→預(yù)熱(預(yù)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℃)→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(MT)檢測→內(nèi)坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％MT+100％UT+100％RT)。

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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=360 ~ 400mm/min。

2. 接管與法蘭焊接

① 材料 2.25Cr-1Mo(鍛件)。
② 焊接位置 水平轉(zhuǎn)動。
③ 焊接方法 手工鎢極氬弧焊打底+焊條電弧焊。
④ 焊材 氬弧焊焊絲TGS-2CM(日本神鋼) Φ2.4。焊條：CMA-106N(日本神鋼) Φ4或Φ5。
⑤ 焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(MT)檢測→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→手工鎢極氬弧焊打底(兩層、層間溫度200 ~ 250℃)→焊條電弧焊蓋面→后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％MT+100％UT+100％RT)。

⑥ 焊接參數(shù)

a. 手工鎢極氬弧焊 電流I=160 ~ 180A；電壓U=15 ~ 17V；速度v= 80mm/min；氬氣流量16 ~ 18L/min；鎢極直徑D=2.4mm。

b. 焊條電弧焊 電流IΦ4=170 ~ 190A；電流IΦ5=190 ~ 210A；電壓UΦ4、Φ5=22 ~ 26V；焊接速度vΦ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vΦ5=140 ~ 160mm/min。

3. 接管法蘭與封頭焊接

①接管與下封頭焊接

a. 材料 接管2.25Cr-1Mo(鋼板)，封頭2.25Cr-1Mo(鋼板)。

b．焊接位置 平焊。

c．焊接方法 雙面焊條電弧焊。

d．焊材材料 CMA-106N(日本神鋼) Φ3.2mm，Φ4mm，Φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(MT)檢測→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃，先用Φ3.2mm焊條打1~2層底，再用Φ4mm焊條焊兩層，然后用Φ5mm焊條施焊)焊至外坡口1/3處→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(MT)檢測→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％MT+100％UT+100％RT)。

f．焊接參數(shù) 電流IΦ3.2=90 ~ 120A；電流IΦ4=170 ~ 190A；電流IΦ5=190 ~ 210A，電壓UΦ3.2=20 ~ 24V；電壓UΦ4、Φ5=22 ~ 26V；焊接速度vΦ3.2=100 ~ 120mm/min；焊接速度vΦ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vΦ5=140 ~ 160mm/min。

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② 大法蘭接管與上封頭焊接

a. 材料 接管2.25Cr-1Mo(鍛件)，封頭2.25Cr-1Mo(鋼板)。

b．焊接位置 平焊。

c．焊接方法 埋弧自動焊+焊條電弧焊。

d．焊材材料 焊絲US-521S(日本神鋼) Φ4。焊劑：PF-200(日本神鋼)。焊條：CMA-106N(日本神鋼) Φ4mm，Φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(MT)檢測→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃)→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(MT)檢測→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％MT+100％UT+100％RT)。

f．焊接參數(shù)

焊條電弧焊 電流IΦ4=170 ~ 190A；電流IΦ5=190 ~ 210A，；電壓UΦ4、Φ5=22 ~ 26V；焊接速度vΦ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vΦ5=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。

4. 接管法蘭與筒體焊接

① 大法蘭接管與筒體焊接

a. 材料 接管2.25Cr-1Mo(鍛件)，筒體2.25Cr-1Mo(鋼板)。

b．焊接位置 平焊。

c．焊接方法 埋弧自動焊+焊條電弧焊。

d．焊材材料 焊絲US-521S(日本神鋼) Φ2.4。焊劑：PF-200(日本神鋼)。焊條：CMA-106N(日本神鋼) Φ4mm，Φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(MT)檢測→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃，焊至外坡口1/3處)→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(MT)檢測→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) → 外坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％MT+100％UT+100％RT)。

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f．焊接參數(shù)

焊條電弧焊 電流IΦ4=170 ~ 190A；電流IΦ5=190 ~ 210A，；電壓UΦ4、Φ5=22 ~ 26V；焊接速度vΦ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vΦ5=140 ~ 160mm/min。
埋弧自動焊 焊接電流I=300 ~ 380A； 焊接電壓U=28 ~ 32V； 焊接速度v=360 ~ 400mm/min。

② 小接管法蘭與筒體焊接

a. 材料 接管2.25Cr-1Mo(鍛件)，筒體2.25Cr-1Mo(鋼板)。
b．焊接位置 平焊。
c．焊接方法 雙面焊條電弧焊。
d．焊材材料 CMA-106N(日本神鋼) Φ3.2mm，Φ4mm，Φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(MT)檢測→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃，先用Φ3.2mm焊條打1 ~ 2層底，再用Φ4mm焊條焊兩層，然后用Φ5mm焊條施焊)焊至外坡口1/3處→內(nèi)坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內(nèi)坡口清根部位100％干磁粉(MT)檢測→內(nèi)坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％MT+100％UT+100％RT)。

f．焊接參數(shù) 電流IΦ3.2=90 ~ 120A；電流IΦ4=170 ~ 190A；電流IΦ5=190 ~ 210A，電壓UΦ3.2=20 ~ 24V；電壓UΦ4、Φ5=22 ~ 26V；焊接速度vΦ3.2=100 ~ 120mm/min；焊接速度vΦ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vΦ5=140 ~ 160mm/min。

5. 90°彎管間環(huán)縫焊接

a. 材料 2.25Cr-1Mo(鍛件)。
b．焊接位置 水平轉(zhuǎn)動。
c．焊接方法 手工鎢極氬弧焊+焊條電弧焊。
d．焊材材料 見表

90°彎管間環(huán)縫焊材

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(MT)檢測→預(yù)熱(預(yù)熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→手工鎢極氬弧焊打底(兩層、層間溫度200 ~ 250℃)→焊條電弧焊蓋面→后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％MT+100％UT+100％RT)。

f．焊接參數(shù)

手工鎢極氬弧焊 焊接電流I=160 ~ 180A； 焊接電壓U=15 ~ 17V； 焊接速度v=80mm/min；氬氣流量16 ~ 18L／min；鎢極直徑D=2.4mm。

焊條電弧焊 電流IΦ4=170 ~ 190A；電流IΦ5=190 ~ 210A，；電壓UΦ4、Φ5=22 ~ 26V；焊接速度vΦ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vΦ5=140 ~ 160mm/min。

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6. 內(nèi)壁耐蝕層堆焊

① 封頭內(nèi)壁堆焊

a. 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))。
b. 堆焊方法 埋弧帶極堆焊
c. 堆焊材料 見表

封頭內(nèi)壁耐蝕層堆焊焊材

注意因封頭是曲面，采用HJ107、HJ107Nb焊劑與同類型進口焊劑相比，其熔深大，使堆焊層結(jié)合面不容易產(chǎn)生夾渣，堆焊質(zhì)量好。

d. 堆焊工序 預(yù)熱封頭(預(yù)熱溫度≥150℃) →埋弧帶極堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →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)。

e. 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。蓋面層：電流I=700 ~ 800A，電壓U=30 ~ 32V，焊接速度v=165mm /min。

② 筒體內(nèi)壁堆焊

a. 堆焊位置 平焊。
b. 堆焊方法 埋弧帶極堆焊(也可采用電渣堆焊)。
c. 堆焊材料 見表

筒體內(nèi)壁耐蝕層堆焊焊材

d. 堆焊工序 預(yù)熱筒體(預(yù)熱溫度≥150℃) →埋弧帶極堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(PT) →埋弧帶極堆焊面層(溫度≤100℃)→堆焊層表面著色檢查(PT) →結(jié)合面無損檢測(UT)。

e. 焊接參數(shù) 干伸長：15mm。焊道搭接量：5 ~ 10mm。過渡層：電流I=950 ~ 1050A，電壓U=26 ~ 28V，焊接速度v=175mm/min。蓋面層：電流I=950 ~ 1050A，電壓U=26 ~ 28V，焊接速度v=165m m/min。

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③ 小接管內(nèi)壁堆焊

a. 材料 2.25Cr-1Mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動鎢極氬弧堆焊。
d．焊材材料 見表

小接管內(nèi)壁堆焊材料

e. 堆焊工序 預(yù)熱接管(預(yù)熱溫度≥150℃) →自動鎢極氬弧堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →過渡層可探部位表面著色檢查(PT) →自動鎢極氬弧堆焊面層→面層表面可探部位著色檢查(PT)。

f. 堆焊參數(shù) 見表

小接管內(nèi)壁堆焊參數(shù)

注1.過渡層零件旋轉(zhuǎn)速度：n=v焊/πd(r/min)，其中v焊=100mm/min，d為工作半徑，mm。
2. 蓋面層焊接時，零件轉(zhuǎn)速比過渡層慢 =0.01 ~ 0.03 r/min。

④ 90°彎管內(nèi)壁堆焊

a. 材料 2.25Cr-1Mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動鎢極氬弧堆焊。
d．焊材材料 見表

90°彎管內(nèi)壁堆焊焊材

e. 堆焊工序 將90°彎管均分割為3段→預(yù)熱30°彎管 (預(yù)熱溫度≥150℃) →自動鎢極氬弧堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(PT) →自動鎢極氬弧堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(PT) →結(jié)合面無損檢測(UT)。

f. 堆焊參數(shù) 見表

小接管內(nèi)壁堆焊參數(shù)

⑤ 直管內(nèi)壁堆焊

a. 材料 2.25Cr-1Mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動藥芯焊絲CO2氣體保護堆焊。
d．焊材材料 見表

直管內(nèi)壁堆焊焊材

e. 堆焊工序 預(yù)熱直管(預(yù)熱溫度≥150℃) →自動藥芯焊絲CO2氣體保護堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(PT) →自動藥芯焊絲CO2氣體保護堆焊面層(溫度≤100℃)溫度→堆焊層表面著色檢查(PT) →結(jié)合面無損檢測(UT)。

f. 焊接參數(shù) 電流I=220 ~ 230A，電壓U=32 ~ 33V，焊接速度v=230mm/min。干伸長：16mm。保護氣體：純CO2。氣體流量：15-18L/min。

⑥ 焊條電弧焊堆焊

加氫反應(yīng)器內(nèi)壁某些部位（如總裝環(huán)縫內(nèi)壁、彎管環(huán)縫內(nèi)壁等）不能采用自動堆焊，可采用焊條電弧焊進行堆焊。

堆焊工序：預(yù)熱堆焊部件(預(yù)熱溫度≥150℃) →焊條電弧焊堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(PT) →焊條電弧焊堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(PT) →結(jié)合面無損檢測(UT)。堆焊材料及焊接參數(shù)見表

焊條電弧焊堆焊材料及焊接參數(shù)