基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法，包括如下步骤：确定加氢反应器内壁凸台堆焊位置，进行探伤检测，检测无缺陷后进行打磨处理；堆焊前对堆焊区域进行预热，预热温度≥200℃；采用梯级电流法堆焊凸台基层的打底层；打底层堆焊完成后，继续堆焊填充层，直至完成凸台堆焊；焊接完毕后立即将堆焊区域及周边200mm预热温度提高至300

Step current surfacing method of hydrogenation reactor boss based on welding residual stress regulation

【技术实现步骤摘要】
基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法


[0001]本专利技术涉及加氢反应器凸台堆焊
，具体涉及基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法。

技术介绍

[0002]加氢反应器是炼油、化工行业加氢裂化装置中的关键设备，其通常在高温、高压、临氢条件下工作，使用条件较为恶劣。随着设备不断大型化发展，加氢反应器的内部构件形式也随着主体设备增大而不断增大，这就需要一种承重能力好的支撑构件。凸台通常被用来支撑各种分配盘的支持圈和催化剂格栅等较重内件，是容器本体的突变结构，又承受了较大的质量载荷，极易产生应力腐蚀和裂纹等损伤，影响加氢反应器的正常运行，所以凸台的制造质量非常重要。
[0003]加氢反应器凸台通常是通过堆焊制造完成的，堆焊凸台的工作量是加氢反应器焊接工作量中最大的一步，且堆焊过程中极易出现焊后残余应力与变形过大的问题。然而，现有的凸台基层堆焊方法没有考虑到这一问题，不合理的热输入和温度梯度布局，导致焊接残余应力和变形严重影响了制造过程本身和凸台的使用性能，凸台根部转角处的拉伸残余应力会降低凸台的承载能力，容易致使凸台根部与筒体内壁连接处开裂。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法，该堆焊法以调控焊后残余应力为目标，在基层堆焊过程中，将焊层的输入电流设置为阶梯式变化，尽可能大的降低首层焊接热输入并减小后续焊层对首层的影响，减小首层焊接熔深，控制凸台根部转角处的焊后残余应力和变形。
[0005]本专利技术采用的技术解决方案是：
[0006]本专利技术提供了基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007](1)表面预处理
[0008]确定加氢反应器内壁凸台堆焊位置，进行探伤检测，探伤检测无缺陷，对堆焊位置进行打磨处理；
[0009](2)焊前准备
[0010]堆焊前对堆焊区域及其周边200mm范围进行预热，预热温度≥200℃；
[0011](3)堆焊凸台基层的打底层
[0012]凸台基层中的打底层在堆焊过程中采用梯级电流逐层堆焊，打底层通过若干层焊层堆焊而成；堆焊过程中梯级电流递增公式为：
[0013][0014]式中：I
n
是第n层的焊接电流，n为打底层的焊接层数，n≥7，Q1、Q2分别为焊接过程
中的最小热输入和最大热输入，Q1＝18kJ/cm，Q2为29～35kJ/cm，d为每层堆焊层厚度，v为焊接速度，D为布置梯级电流的高度，即打底层的高度，U是第n层的焊接电压，λ是焊接热效率；
[0015](4)堆焊凸台基层的填充层
[0016]步骤(3)中凸台基层的打底层焊接完成后，继续堆焊凸台基层的填充层，直至完成凸台堆焊，填充层的焊接参数为焊接电流550～650A，焊接电压28～33V，焊接速度28～30cm/min；
[0017](5)中间热处理
[0018]焊接完毕后立即将堆焊区域及周边200mm预热温度提高至300
‑
350℃，加热1～3小时，进行消氢处理；然后将其转入热处理炉进行热处理，控制堆焊区入炉温度不低于200℃；
[0019](6)凸台基层机加工
[0020]将热处理后的加氢反应器筒节端口朝下放置于工作台，进行机加工，然后修磨凸台表面未加工到的区域使其符合所需尺寸要求，然后对凸台表面及其两侧进行检测；
[0021](7)堆焊凸台耐蚀层
[0022]当步骤(6)机加工完成后，再次对堆焊及其周围区域进行预热，继续堆焊耐蚀层，然后对耐蚀层表面进行机加工使其尺寸符合要求，并进行相应检测，使检测结果达到相关标准和文件的要求。
[0023]进一步地，所述步骤(3)具体为：
[0024](31)采用手工电弧焊堆焊第一层及第二层，第一层及第二层的焊接电压为25～28V，焊接速度为15～18cm/min，且所述第一层、第二层的焊接电压相同，焊接速度相同；
[0025](32)采用自动埋弧焊焊接第三层至第n层，第三层至第n层的焊接电压为28～33V，焊接速度为28～30cm/min，且所述第三层至第n层的焊接电压相同，焊接速度相同。
[0026]进一步地，所述步骤(3)中每层堆焊层厚度d为2～3mm。
[0027]进一步地，所述步骤(3)中梯级电流的布置高度D为0～35mm，并设定当凸台宽度为45mm，填充层最大热输入为29kJ/cm时，梯级电流布置高度为21mm；其中，凸台宽度每增加或减少10mm，梯级电流布置高度提高或降低1.2～1.5mm；最大热输入每增大或减小2kJ/cm，梯级电流布置高度提高或降低1.0～1.2mm。
[0028]进一步地，所述步骤(3)及步骤(4)堆焊过程中层间温度为200
‑
250℃。
[0029]进一步地，所述步骤(5)中热处理工艺为：以不大于50℃/h的升温速度升温至620℃，并保温2～4h；保温结束后以不大于50℃/h的降温速度降温至350℃，然后空冷至室温。
[0030]本专利技术的有益效果为：
[0031]本专利技术提供了基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法，对凸台基层的打底层采用梯级电流堆焊，并结合焊后残余应力、焊接变形与焊接效率，确定梯级电流设置区域为距筒体内壁距离为0
‑
35mm内的焊层，本专利技术的凸台基层梯级电流堆焊法有效地降低了凸台转角处的残余应力和变形，降低了凸台根部开裂的风险，从而提高了凸台的焊接质量和承重能力，不但保留了较高的堆焊效率，还提高了加氢反应器的安全性和可靠性。
附图说明
[0032]为了清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有
技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1是加氢反应器凸台的结构示意图；
[0034]图2是加氢反应器凸台基层堆焊的流程图；
[0035]图3是实施例1与对比例1的凸台根部熔深图；
[0036]图4是实施例1与对比例1的凸台根部残余应力分布图；
[0037]图5是实施例1与对比例1的凸台根部残余应力曲线图。
[0038]图中标注：1.筒体；2.凸台基层。
具体实施方式
[0039]本专利技术提供了基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0040]下面结合附图对本专利技术进行详细说明：
[0041]参照图1及图2，为在加氢反应器内壁堆焊凸台基层，本专利技术提供了基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于焊接残余应力调控的加氢反应器凸台梯级电流堆焊法，其特征在于，包括如下步骤：(1)表面预处理确定加氢反应器内壁凸台堆焊位置，进行探伤检测，探伤检测无缺陷，对堆焊位置进行打磨处理；(2)焊前准备堆焊前对堆焊区域及其周边200mm范围进行预热，预热温度≥200℃；(3)堆焊凸台基层的打底层凸台基层中的打底层堆焊过程中采用梯级电流逐层堆焊，打底层通过若干层堆焊层堆焊而成；堆焊过程中梯级电流递增公式为：式中：I
n
是第n层的焊接电流，n为打底层的焊接层数，Q1、Q2分别为焊接过程中的最小热输入和最大热输入，Q1＝18kJ/cm，Q2为29～35kJ/cm，d为每层堆焊层厚度，v为焊接速度，D为布置梯级电流的高度，即打底层的高度，U是第n层堆焊层的焊接电压，λ是焊接热效率；(4)堆焊凸台基层的填充层步骤(3)中凸台基层的打底层焊接完成后，继续堆焊凸台基层的填充层，直至完成凸台基层堆焊，填充层的焊接参数为焊接电流550～650A，焊接电压28～33V，焊接速度28～30cm/min；(5)中间热处理焊接完毕后将堆焊区域及周边200mm预热温度提高至300
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350℃，加热1～3小时，进行中间消应力热处理；然后将其转入热处理炉进行热处理，控制堆焊区入炉温度不低于200℃；(6)凸台机加工将热处理后的加氢反应器筒节端口朝下放置于工作台，进行机加工，然后修磨凸台表面未加工到的区域使其符合所需尺寸要求，然后对凸台表面及其两侧进行检测；(7)堆焊凸台耐蚀层当步骤(6)机加工完成后，再次对堆焊及其周围区域进行预热，继续堆焊耐蚀层，然后对耐蚀层表面进行机加工使其尺寸符合要求，并进行相应检测，使检测结...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文春，谢文璐，王金光，李志杰，杨靖，张凯，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：