[發明專利]一種控制大型金屬管板拼焊變形的方法

有效

• 申請號: 201410379308.1
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN104148773A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 李安榮;翁宇;左占科;雍石剛;孔令維;李永暉;趙福剛
• 申請（專利權）人: 云南大為化工裝備制造有限公司
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00
• 代理公司: 昆明大百科專利事務所 53106
• 代理人: 何健

技術領域

本發明涉及一種控制大型金屬管板拼焊變形的方法，用于石油、化工行業大型反應容器、換熱器的金屬管板毛坯的制作。

背景技術

大型容器，特別是大型反應容器，由于生產工藝的要求和容器內介質、溫度、壓力因素的影響，大型容器管板直徑在5?000㎜～10?000㎜，厚度60㎜～400mm。以5萬噸/年順酐裝置的關鍵設備——列管式固定管板反應器為例：反應器上、下管板直徑φ6?000mm，厚度140㎜，材料為Q345R(正火)鋼，管板的平面度允差≤3mm，每個管板上開設有26180個反應管孔。由于管板直徑大于4?800㎜，采用整體鍛件，成本很高；采用整塊鋼板制作管板毛坯，雖能保證管板的平面度，但國內外均無大于4?800㎜幅寬的鋼板供應。因此，對于直徑大于4?800㎜的管板,需要進行拼板焊接。鋼板的拼板焊接，由于焊接應力的作用，使拼焊后管板坯料產生殘余應力和變形，包括沿焊縫長度方向的縱向焊接殘余應力和變形、垂直于焊縫長度方向的橫向殘余應力和變形以及焊縫厚度方向的殘余應力和變形。對于厚度≥60㎜的長條鋼板的拼焊，其變形的主要因素是橫向殘余應力和角變形，若以直徑6?000㎜,厚度140㎜，材料為Q345R(正火)鋼的管板制作為例，管板毛坯(未開孔管板)的重量為31073Kg；采用幅寬為3?000㎜的2塊鋼板拼接,當焊后管板角變形的角度達1°時，其角變形量達52.35㎜。則管板毛坯需要的鋼板厚度達193～200㎜，拼焊后管板毛坯的金屬重量比管板坯料所需的重量增加了11764kg～13317.7kg，鋼板材料利用率僅為72.53％～70％，增大了金屬耗用量和生產成本。因此如何控制管板拼焊的變形和管板校平是大型金屬管板制作需要解決的難題。

大型管板的拼焊變形，若采用機械熱校平，則需要大型壓力機，國內一般化工裝備制造

企業無此設備；專利201010153786.2提供了一種用于大型管板拼焊和熱處理中控制變形的工藝，但該方法是：焊接時在拼接焊縫邊界及熱影響區安裝防變形剛性支架，不僅不便于焊接操作，特別是不適宜效率高且焊接質量好的自動焊作業，且剛性支架要有足夠的剛度，則支架的結構尺寸很大，金屬耗用量大。兩塊鋼板的對接焊接，從影響鋼板變形的焊接殘余應力分析，由焊縫及熱影響區的縱向收縮和橫向收縮不同造成橫向殘余應力在整個鋼板上發生較大變化而產生鋼板焊接角變形，其原因主要是橫向收縮在板厚上的分布不均勻造成的。特別是對于厚鋼板，焊縫深度很深，焊接均采用多道焊的方法，在焊接過程中，由于每道焊接都會產生一定的角變形，經多道焊接，橫向收縮變形不斷積累，造成焊接后鋼板的較大角變形。即使安裝了足夠剛度的支架，也難消除焊接所產生的橫向收縮變形，且增加了焊接應力。因此，焊接時安裝防變形剛性支架，不僅耗材、耗時，費事，這種剛性支架也不能適應各種規格的管板制作，無形的增加了不必要的生產成本，對消除焊接所產生的橫向變形作用也不大。另外，專利201010153786.2的焊接坡口根部半徑R＝3～10㎜，實施例板厚180㎜，焊接坡口根部半徑R＝5㎜，不利于焊接坡口底部的焊接熔合質量，特別是焊后的清根和焊層間的清理質量。

管板的拼焊，除采取措施減少焊接變形和焊接應力外，都采取通過熱處理的方式來進一步消除焊接變形和焊接應力。專利201010153786.2采取在管板坯料上安裝固定支架，在熱處理過程中，隨著溫度的上升，剛性支架也因溫度的升高而使剛性支架的剛度降低，消除焊接變形和焊接應力效果降低；專利200810018212.7超大型管板熱校平方法介紹一種大型管板拼焊后的熱處理方法，其缺陷在于，在拼焊后管板毛坯的凸面上，均勻放置配重進行熱處理，由于管板焊接產生的角變形最大處主要在管板中部的焊縫處；從該專利的實施情況看：管板規格為φ4?936㎜，厚度90㎜，材料為16MnR(Q345R),管板毛坯采用2塊2?500×5?000×110㎜的鋼板拼焊，按所公開的方法，進行熱處理后的實測結果：熱處理前的不平度為36㎜，熱處理并經校平后的不平度為24㎜，變形管板的校平其效果并不高，厚度90㎜的管板用110㎜的鋼板拼焊，管板毛坯的加工余量為20㎜，增加了金屬耗用量和加工成本，很不經濟。

發明內容

本發明正是為了克服現有技術存在的不足和缺陷，提供一種控制大型金屬管板拼焊變形的方法，采取合理的焊接方法和焊接工藝，減少大型管板坯料拼焊的焊接變形和焊接應力；采用了合理的熱處理工藝和工裝，通過熱處理，消除管板坯料拼焊的焊接應力，進一步減少了焊接變形。本發明是通過如下技術方案來實現的。