小口径管内壁自动堆焊工装制作

张胜男 卢仲海 戴敬东

（1.兰州石化职业技术学院 机械工程学院， 甘肃 兰州 730060）

（2.中石油第二建设有限公司， 甘肃 兰州 730060）

某石化公司重油催化裂化装置的低压反应器，该设备壳体材质为Q345R+S11348，设备上有24个规格不同的小口径接管，管径从Φ159～Φ325mm，长度200～900mm， 均要求在接管内壁上堆焊复合层。但在现有的生产条件下，按照以往的大口径接管堆焊工艺和方法，无法实现小口径管内壁堆焊，这对制造工艺提出了很大挑战。为了解决这一难题，通过对现有设备工装设计制造及各种焊接方法的对比，最终确定采用药芯焊丝气体保护焊（FCAW）进行接管内壁堆焊,利用厂房现有的气保焊工作站，采用订制的焊枪及自制的焊枪支架实现了该设备小口径接管内壁的堆焊工作。

1 堆焊方法的确定

以往堆焊经常采用埋弧焊进行，但埋弧自动焊焊接机头较大，最大处尺寸为350mm，无法伸入到Φ159～Φ325 接管内壁，也就是埋弧焊不适用于小管径内壁堆焊。

而若采用焊条电弧焊，劳动强度大、作业环境差，焊接质量受焊工个人技能优与劣影响较大，焊接效率远低于自动焊，焊缝外观成形均匀性较差，也就是焊缝外观质量低于自动焊，且管径太小或者管长过长都不能实现焊接施工。

而药芯焊丝气体保护焊（FCAW）堆焊方法，具有熔深小，热输入小，从而引起的热变形较小，焊缝外观成形好等特点，如果能利用厂房现有的焊接工作站，实现自动堆焊的方法，其效率将远高于手工堆焊，堆焊表面质量也将大大提高。通过试验，我们最后确定采用二氧化碳FCAW 自动堆焊方法进行接管内壁堆焊。

2 焊接工装的制作

由于堆焊的接管管径小（Φ159～Φ325mm）且长度较长，而厂房现有气保焊工作站的焊枪短，够不到长管内壁，所以我们订制了长杆焊枪，将焊枪直管段加长950mm，这样枪头即可深入管子内径进行焊接。

经过试验焊枪能够满足长度900mm 以内小口径管管内壁的堆焊，送丝效果顺畅，气体保护嘴能够很好的聚集二氧化碳气体，使熔池保护以及焊缝成形得到有力保证。

图1 焊枪和支架装配效果图

考虑到焊枪长度较长，也就是说杆状物体单独伸入管内壁，由于重力引起的力矩较大，使得焊枪向下垂落，并且容易发生抖动，影响堆焊质量的问题，我们特制作了焊枪支架，对焊枪进行固定。

经过试验焊枪支架对焊枪的固定作用效果非常好，焊接时焊枪抖动现象大大降低、不规则的位移也降到了最低。

3 堆焊

堆焊前，将堆焊管件夹持在焊接变位机上，测量管件的水平度，确保管道与焊枪保持水平。堆焊时，由内向外依次堆出，待工件夹持好后，调节设备参数，为保证焊接质量，分别对焊接电流、电压及变位机的转速进行设置，保证焊道的成形效果，经过反复调试，最终确定参数如表1 所示，堆焊示意如图2 所示。即完成了接管自动旋转焊接，人手动遥控水平位移的自动堆焊过程。

表1 设备参数

堆焊过程中用红外线测温仪测量层间温度，并采取压缩风持续不断的吹接管外壁，使层温控制在100℃以内，最终得到成形较好的堆焊层。

该堆焊结果表明，制作的焊枪和支架能够满足小管径内壁堆焊的需要。采用该堆焊工艺参数焊接的试板，堆焊层的力学性能，铁素体含量，化学成分均符合NB/T47014 和设计堆焊技术条件的要求。

采用此堆焊方法，分别对24 个接管内壁进行堆焊，依次按照接管内壁车削，MT 检测，管内壁清洗，堆焊，焊后检测的程序进行，通过对堆焊的24 个冷低压反应器接管进行检测，检测结果均符合设计图纸堆焊技术要求，从而按时完成了此次接管内壁的堆焊工作。

4 结论

1)通过制作的焊接工装，实现了口径大于Φ133 接管的内壁堆焊。

2)采用FCAW 堆焊由于焊接速度较快，焊接线能量较小，从而确保了熔敷金属的化学成分，焊接热变形也大大降低。