摘要：本文论述了压力容器锻件接管内表面采用自制堆焊装置来确定焊接工艺，以增加内表面的耐蚀性，提高零件的使用寿命，降低生产成本。
Abstract： This paper discusses the welding technology of using the self-developed surfacing welding device in the inner surface of the pressure vessel forged nozzles， in order to increase the corrosion resistance of inner surface， improve the service life of the parts and reduce the production cost.
关键词： 耐蚀堆焊；自制堆焊装置；CO2气体保护焊；药芯焊丝
Key words： corrosion resistant welding；self-developed surfacing welding device；carbon dioxide arc welding；flux-cored wire
中图分类号：TH49 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）05-0085-02
0 引言
中石化中原油建工程有限公司承接了土库曼斯坦加尔什内金气田7台高压复合钢板容器，该批容器设计压力均在10MPa以上，介质为含硫天然气，其腐蚀性极强。根据设计需要，容器上大尺寸接管内壁需要进行复层不锈钢堆焊加工，其接管材质均为20III或16MnIII，直径400～800mm，体积和重量都较大。按照土库曼斯坦项目制造高含H2S压力容器堆焊技术条件，堆焊层需满足如下要求：
①采用双层堆焊，过渡层和复层厚度均为3mm，机加工后堆焊层厚度不少于3mm；②耐蚀堆焊层的化学成分应满足表1的要求；③宏观检查，检查表面质量无明显缺陷；④过渡层及复层分别做100%渗透检测，Ⅰ级合格；⑤侧弯试验d=4a，Α=180°，结果以无分层、无裂纹、无折断为合格；⑥堆焊层硬度检测HB≤200；⑦堆焊层要求通过应力腐蚀、均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀四种腐蚀试验。
1 自制堆焊设备
1.1 堆焊用焊机 制造自动堆焊装置时将CO2焊接设备作为焊接装置，依据工艺要求，堆焊设备上的焊机选用松下公司生产的RFII350型MAG焊机。
1.2 支撑厚壁接管并实现转动的装置 厚壁接管要实现自动机械化堆焊且保证堆焊质量，就必须要保证接管内壁在水平状态下匀速转动。由于市场上没用适宜的设备，我们自行设计制造了适宜厚壁接管使用的小型转胎。
1.3 控制焊枪平移装置 焊枪要实现自动走位焊接，焊枪的稳定性对于保证焊接质量来说相当关键，考虑到稳定及平移这两个因素，选择了双轨道螺纹传动平移装置。
1.4 PLC联动装置 由于此装置输出功率大，传动比精确，要求制造精度和安装精度较高，故选取齿轮传动来实现整个堆焊装置的联动。PLC联动控制是自动堆焊机的核心部分，主要由触摸屏、可编程控制器、变频器和普通电机组成。此装置可通过触摸屏微调电机速度，修正系统，设定各种工艺参数，实现人机交互对话，保证焊接工艺。自制堆焊设备示意图如图1所示。
2 焊接工艺的确定
2.1 堆焊方法的确定 锻件内表面堆焊焊缝均为规则的圆周焊缝，为使堆焊层满足高质量、高效率的要求，通过实践选用了焊接过程稳定、成形良好、线能量小、稀释率低、并较易实现自动化的药芯焊丝CO2气体保护的堆焊方法。
2.2 堆焊材料的选择 根据容器设备堆焊的技术要求，堆焊过渡层选E309LmoT1-1型焊材，复层选E316LT1-1型焊材，焊丝直径均为1.2mm。
2.3 焊接工艺试验 当U（电压）=30～35V，Q（气体流量）=15～20L/min时，在T（焊接速度）=250mm/min的试件上，依次使用电流为160A、200A、240A三种情况，结果证实I=200A时堆焊焊道的成形最佳。经上述一系列试验，确定CO2气体保护不锈钢药芯焊丝锻件内表面的堆焊工艺参数、预热、层间温度及后热处理工艺参数见表2、表3。
2.4 堆焊过程 ①先将待堆焊锻件表面的油、锈、氧化皮清理干净使之露出金属光泽，并进行100%PT探伤。②将堆焊工件紧固在夹持装置上，严格保证堆焊件与转盘的同心度。③为了改善材料的焊接性能，克服温度对焊接质量的影响，有效防止产生焊接裂纹和气孔，应按照标准规范要求对待焊接件进行焊前预热，焊后用两层50mm厚硅酸岩岩棉包裹缓冷。④用E309LmoT1-1型焊丝堆焊过渡层，堆焊高度为3mm，经加工并100%PT探伤I级合格后，再用E316LT1-1型焊丝堆焊复层，堆焊高度控制在3mm左右，内表面的堆焊应尽量在水平位置。⑤采用窄焊道不摆动连续压道堆焊，焊道搭接量为焊道宽的45%～50%，同时从内向外周向堆焊。⑥对堆焊过的锻件内表面进行机加工。
2.5 焊接工艺评定 在焊接工艺试验的基础上，按选定的工艺参数堆焊试件，试件材质为16MnIII，规格为DN500mm×50mm（L=1000mm），沿圆周方向对锻件内表面进行堆焊。试件焊后经620℃×2.5h消应力热处理，按照容器制造对堆焊层的要求对该试件堆焊层进行试验，其试验结果如下：①过渡层及复层着色检验和被堆焊件超声波检验均合格。②弯曲试验和化学元素分析均符合相应的标准。③应力腐蚀、晶间腐蚀、均匀腐蚀、点腐蚀，四个试验均满足试验标准及技术要求。试验结果证明所制定的焊接工艺是可行的。
3 产品焊接
根据上述焊接工艺评定所确定的工艺参数，用自制的堆焊装置对7台“高含H2S压力容器”上的多个锻件内表面进行了堆焊（如图2所示）。对堆焊后的厚壁接管依据图纸要求进行了机加工表面光滑处理，并对堆焊层和基层分别做100%渗透检测和100%超声检测（如图3所示），I级合格，检测结果显示堆焊层表面完全符合要求，再次证明了该工艺的可行性。
4 结语
①高含H2S压力容器上锻件的不锈钢耐蚀堆焊，如果选用合理的设备，可以实现CO2气保护药芯焊丝的自动堆焊，从而降低工人劳动强度，提高焊接效率。②通过电脑编程控制，可有效控制焊接工艺参数满足产品焊接的要求，从而提高焊接质量，满足产品要求。③选择适当的工艺参数，堆焊不锈钢层可以满足产品在高含H2S工况下的耐腐蚀要求。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.承压设备焊接工艺评定[S].北京：新华出版社，2011.
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