９０°彎頭的內(nèi)壁堆焊是加氫反應(yīng)器的制造難點(diǎn)之一。 目前通常是采取將 ９０°彎頭分為 ３ 段， 各段分別堆焊后裝配在一起，再對連接縫進(jìn)行組焊和堆焊的制造工藝。 該工藝不僅繁瑣，而且質(zhì)量 不易控制。 為了解決這個制造難題，在現(xiàn)有堆焊設(shè)備和焊接變位機(jī)的基礎(chǔ)上，通過開發(fā)一些簡單的 輔助工裝，成功實現(xiàn)了 ９０°彎頭的內(nèi)壁整體堆焊。 并詳細(xì)介紹了 ９０°彎頭的制造難點(diǎn)、內(nèi)壁整體堆 焊的原理及對輔助工裝的要求。

某公司 １５０ 萬 ｔ／ａ 柴油加氫精制裝置中加氫 精制反應(yīng)器是目前為止采用國產(chǎn)鋼板制造的最大 板厚的加氫反應(yīng)器，其上、下封頭上各有一個 ９０° 彎頭需要整體堆焊。 目前國際上容器制造廠都在 不斷地研究和改進(jìn) ９０°堆焊彎頭的制造工藝，以 減少過多的制造工序。 研究方向有兩個［１］ ：一是先對直管進(jìn)行堆焊再彎制成彎頭。 該方案需要的 設(shè)備簡單，但要求嚴(yán)格控制制造工藝，主要存在的 問題是堆焊層經(jīng)過高溫成型、正火（或淬火）、回 火和焊后消應(yīng)力熱處理后，堆焊層的貼合率、抗晶 間腐蝕性能及彎頭基體的力學(xué)性能是否仍能滿足 技術(shù)條件的要求。 國外某些廠家在此方向研究比 較成功［２］ ，比如 Ｋｏｂｅ 公司就具有直管堆焊后再 彎曲（９０°彎頭）的技術(shù)［３］ ；另一個方向是研究專 用的焊機(jī)，直接對彎頭進(jìn)行堆焊。 該方向較容易保證堆焊層的性能，但焊機(jī)研發(fā)需要投入大量資 金和技術(shù)。 國內(nèi)某研究所已成功研發(fā)出 ９０°彎頭 內(nèi)壁整體堆焊焊機(jī)，但該焊機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴 且需要對每種彎頭專門設(shè)計機(jī)頭。

目前，國內(nèi)各制造廠對 ９０°堆焊彎頭主要采 用的還是“三等分，各自堆焊、再組焊及堆焊”的 制造工藝［４］ 。 該制造工藝不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且彎 頭的堆焊層往往質(zhì)量最薄弱。 上海石化機(jī)械制造 有限公司從 ２０１０ 年開始對 ９０°彎頭的內(nèi)壁整體 堆焊進(jìn)行研發(fā)，通過利用常規(guī)的 ＦＣＡＷ 堆焊設(shè)備 和焊接變位機(jī)械，成功實現(xiàn)了 ９０°彎頭內(nèi)壁整體 堆焊。 堆焊層成型美觀，性能可靠

９０°彎頭的堆焊原理 每個標(biāo)準(zhǔn)的等徑 ９０°彎頭有如下特點(diǎn)： （１）每個 ９０°彎頭的內(nèi)壁面可以看成是一個 圓繞一條直線旋轉(zhuǎn) ９０°而成； （２）不論彎頭處于何種位置，其每個圓截面 的最低點(diǎn)在一個平面上； （３）每個圓截面的最低點(diǎn)所在的平面垂直于 彎頭的旋轉(zhuǎn)軸； （４）每個圓截面的最低點(diǎn)所構(gòu)成的曲線為圓 弧線。 因此，可以將 ９０°彎頭的內(nèi)壁堆焊看成一條 條圓弧面的堆焊，這些圓弧面的中心軸都為彎頭 的旋轉(zhuǎn)軸.

其基本工作原理是工作臺的旋轉(zhuǎn)軸與翻轉(zhuǎn)軸 互相垂直，工作臺旋轉(zhuǎn)的傳動裝置由位于兩側(cè)的 翻轉(zhuǎn)軸支撐著，通過扇形齒輪傳動裝置使翻轉(zhuǎn)軸 在 ０°～１４０°范圍內(nèi)傾斜或翻轉(zhuǎn)。 根據(jù)座式焊接變位器的工作原理，將焊槍固 定在一個圓環(huán)形支撐圈上，支撐圈的彎曲半徑與 彎頭每個圓截面圓心所構(gòu)成的圓弧線的半徑相 等。 將 ９０°彎頭固定在工作臺上，使 ９０°彎頭的旋 轉(zhuǎn)軸、工作臺的旋轉(zhuǎn)軸及焊槍支撐圈的旋轉(zhuǎn)軸同 軸。 焊接時焊槍固定不動，彎頭隨工作臺繞其中 心軸旋轉(zhuǎn)。 每完成一條圓弧面的堆焊，使彎頭隨 工作臺繞軸翻轉(zhuǎn)一定角度，同時調(diào)整焊槍，使焊槍 始終豎直向下，然后再進(jìn)行下一條圓弧面的堆焊。 這樣就可以完成所有圓弧面的堆焊。

焊槍支持裝置 由于在焊接過程中，焊槍不動，焊槍一端為每 個彎頭圓截面的最低點(diǎn)；另一端為該圓截面的圓 心。 焊槍的支撐裝置必須滿足以下幾點(diǎn)： （１）可以調(diào)節(jié)焊槍的上下位移； （２）焊槍能隨著旋轉(zhuǎn)工作臺一起翻轉(zhuǎn)，但不 能隨其一起旋轉(zhuǎn)； （３）可以自由調(diào)節(jié)焊槍與水平面的角度。 經(jīng)過不斷嘗試，利用常見的進(jìn)給機(jī)構(gòu)和碳鋼 棒成功地研發(fā)出了焊槍支持裝置。 ２．２ 焊機(jī)要求 剛開始的設(shè)想是采用 ＴＩＧ 堆焊，但對 ＴＩＧ 焊 的機(jī)頭改進(jìn)難度較大，并且 ＴＩＧ 堆焊對待堆焊面 的要求更高，易發(fā)生夾鎢及夾渣缺陷。 ＦＣＡＷ 堆 焊的電弧熱量比較集中，規(guī)范合適時飛濺少且對 待堆焊面的要求不高，最大的優(yōu)點(diǎn)是其機(jī)頭小，改 進(jìn)容易。 盡管在堆焊過程中會產(chǎn)生熔渣，但經(jīng)過 驗證，只要焊接規(guī)范適宜和焊材選用合適，熔渣的 起脫位置不會導(dǎo)致砸滅電弧或影響電弧的穩(wěn)定性 等現(xiàn)象的發(fā)生。

為了模擬產(chǎn)品的實際堆焊情況，采用一個與 產(chǎn)品彎頭規(guī)格和材質(zhì)均相同的彎頭進(jìn)行 ９０°彎頭 內(nèi)壁整體堆焊模擬試驗。 彎頭的 DN 為 ４５０ ｍｍ。

采用噴沙及機(jī)械打磨方式將彎頭內(nèi)壁清理干 凈，并對待堆焊面進(jìn)行 ＭＴ 檢測。 檢測合格后用 高壓氣體并輔助以機(jī)械打磨清除 ＭＴ 檢測留下的 磁粉等污物。 使旋轉(zhuǎn)工作臺處于水平位置，將彎頭按圖 ２ 所示裝配到焊接變位機(jī)上，并將整個彎頭預(yù)熱至 １００ ～１２０ ℃。

將整個彎頭的內(nèi)壁堆焊按每個圓截面分成 ０°～９０°，９０°～１８０°，１８０°～２７０°及 ２７０°～３６０°四 個區(qū)域（將最初與旋轉(zhuǎn)工作臺接觸的位置定義為 ２７０°）。

調(diào)整焊槍，使焊槍對準(zhǔn) ２７０°圓弧面的一端。 根據(jù)焊接工藝卡中的焊接速度調(diào)整好旋轉(zhuǎn)工作臺 的轉(zhuǎn)速，必要時進(jìn)行測速。 引燃電弧，使彎頭隨旋 轉(zhuǎn)工作臺繞著旋轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，焊槍固定不動，進(jìn)行該角度圓弧面的堆焊，堆焊厚度約為 ３ ｍｍ。 此后通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)速以及旋 轉(zhuǎn)工作臺的翻轉(zhuǎn)角度，逐個進(jìn)行 ２７０°～３６０°區(qū)域 中其他圓弧面的堆焊。 ２７０°～３６０°區(qū)域內(nèi)圓弧線堆焊完畢后，使旋 轉(zhuǎn)工作臺繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn) １８０°，然后逐條進(jìn)行 ２７０°～１８０°區(qū)域內(nèi)圓弧線的堆焊。 １８０°～３６０°區(qū)域內(nèi)過渡層全部堆焊完畢后， 立即對堆焊的過渡層進(jìn)行３００ ～３５０ ℃ ×２ ｈ 的消 氫處理。 將彎頭從旋轉(zhuǎn)工作臺上卸下，使彎頭翻轉(zhuǎn) １８０°后將其固定到旋轉(zhuǎn)工作臺上。 此時彎頭的 ９０°圓弧面與旋轉(zhuǎn)工作臺接觸。 將彎頭重新預(yù)熱 到１００ ～１２０ ℃，并按上述步驟依次進(jìn)行０°～１８０° 區(qū)域內(nèi)圓弧面的堆焊。 堆焊完畢后立即對堆焊的 過渡層進(jìn)行 ３００ ～３５０ ℃ ×２ ｈ 消氫處理。 對整個過渡層進(jìn)行 ＵＴ 及 ＰＴ 檢測（文中 ＵＴ， ＰＴ，ＭＴ 的檢測比例均為 １００％，合格級別均為Ⅰ 級）。 檢測完畢后用棉紗沾丙酮清除檢測留下的 污物，待揮發(fā)一段時間后，用干凈面紗再擦拭一次 過渡層。

面層堆焊步驟與過渡層堆焊相同，面層采用 冷堆，堆焊厚度約 ３．５ ｍｍ，堆焊完畢后對其進(jìn)行 ＵＴ 及 ＰＴ 檢測。