呂延茂

(中石化集團(tuán)南化公司化工機(jī)械廠)

管板是反應(yīng)器、換熱器類設(shè)備中的主要受壓元件之一，其分別與管程、殼程的殼體相連接。相對厚度較小、直徑較大的管板其特性之一就是抗彎曲變形的能力較低。

通常堆焊管板的基體材料為低合金鋼鍛件。按照帶極堆焊的工藝規(guī)范，以同心圓法進(jìn)行帶極堆焊奧氏體不銹鋼，相當(dāng)數(shù)量的堆焊管板存在不同程度的下凹變形?？刂贫押腹馨迤矫娑茸畛Ｓ谩⒆钪苯?、最有效的方法是進(jìn)行機(jī)械校平。但當(dāng)管板直徑較大時，機(jī)械校平往往受到企業(yè)設(shè)備能力的限制而不能實(shí)現(xiàn)。

南化公司化工機(jī)械廠的帶極堆焊始于20世紀(jì)80年代初，當(dāng)時主要用于尿素設(shè)備封頭、管板和甲醇塔管板等的堆焊。在2009年以前，相對厚度較小、直徑較大的管板，依據(jù)經(jīng)驗把管板基體的堆焊面在堆焊前加工成龜背狀，以控制堆焊管板的平面度。

近年來，引進(jìn)設(shè)備的國產(chǎn)化速度顯著加快，大型化工設(shè)備日益增多，且對堆焊管板的平面度也提出了較高的要求。堆焊管板的平面度是衡量這一類產(chǎn)品制造水平的指標(biāo)之一。因此，必須進(jìn)一步探索控制堆焊管板平面度的措施。

1 堆焊管板變形量的工程計算

影響管板堆焊變形的因素包括管板材料、結(jié)構(gòu)形狀、焊接材料和焊接工藝等。具體的管板及其堆焊過程的情況往往與計算公式所適用的條件不完全相同，因而管板實(shí)際的變形量與計算變形量存在偏差具有必然性。關(guān)鍵的問題在于控制堆焊過程中變形的偏差程度。

2 堆焊模式

按照管板堆焊變形的機(jī)理，管板堆焊的模式可分為兩大類：兩塊管板疊置堆焊和單塊管板堆焊。按照影響堆焊變形的相關(guān)因素，這兩大類又可分為若干小類。

2.1 管板疊置堆焊

先將兩塊管板疊置并固焊成整體，然后再進(jìn)行堆焊。這種堆焊模式導(dǎo)致管板變形的因素是疊置管板整體的殘余內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)疊置管板拆開為兩塊管板時，其每一塊管板的變形是在瞬間突變式形成的。

平面度檢測：只有在疊置管板拆開之后，才能檢測單塊管板的平面度。

2.2 單塊管板堆焊

單塊管板堆焊時，造成管板變形的因素主要是在堆焊過程中連續(xù)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。其管板變形的形成不同于管板疊置堆焊，它是在堆焊過程中漸進(jìn)式形成的。

平面度檢測：可以在堆焊過程中隨時檢測平面度的變化狀況。

3 平面度的控制

堆焊管板平面度的控制內(nèi)容包括堆焊變形量和變形軌跡。自2009年以來，我們通常的做法是：按照不同類別的堆焊模式采用工程計算的方法計算管板堆焊的變形量，并采用預(yù)變形措施，把管板基體的堆焊面加工成龜背狀。平面度的控制措施：采用相對穩(wěn)定的工藝參數(shù)施焊，焊前加工好合適的預(yù)變形量，同時設(shè)法降低或利用內(nèi)應(yīng)力。

3.1 管板疊置堆焊的平面度

疊置堆焊的管板拆開為兩塊管板之后，堆焊管板的平面度即發(fā)生改變。顯然在疊置管板拆開之前的堆焊過程中，難以采取有效的控制措施。相對厚度較小、直徑較大的管板疊置堆焊后的單塊管板平面度，基本上取決于計算預(yù)變形量的準(zhǔn)確性和采取的實(shí)際預(yù)變形量。

3.2 單塊管板堆焊的平面度

單塊管板單面堆焊以預(yù)變形量來控制其堆焊變形量。在堆焊過程中按控制點(diǎn)檢測變形量和平面度，并依據(jù)經(jīng)驗相機(jī)采取控制措施，適當(dāng)調(diào)整相關(guān)的焊接工藝措施，這樣可以使堆焊管板平面度的控制效果較為理想。

單塊管板兩面堆焊是單面堆焊的延續(xù)，屬于另一種形式的單塊管板堆焊模式。應(yīng)用兩面堆焊變形量基本相等的原理控制平面度，效果良好。但堆焊面的直徑越大，增加的堆焊成本就越高。

3.3 管板的平面度控制實(shí)例

管板鉆孔后的平面度僅僅是單件堆焊管板的平面度，管板與殼體組焊后的管板平面度才是堆焊管板最終的平面度。在設(shè)備的制造過程中，相對厚度較小、直徑較大的堆焊管板最終平面度的控制，屬于糸統(tǒng)工程的范疇。

至今，南化公司化機(jī)廠控制相對厚度較小、直徑較大的堆焊管板的最終平面度技術(shù)，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。例如：德納公司環(huán)氧乙烷反應(yīng)器，其管板規(guī)格為外徑4880 mm、內(nèi)徑4700 mm、總厚度320 mm、堆焊區(qū)基體厚度150 mm。堆焊模式為單塊管板堆焊。結(jié)果堆焊管板最終的平面度小于4 mm。揚(yáng)子公司環(huán)氧乙烷反應(yīng)器設(shè)備質(zhì)量為830 t，是迄今為止國內(nèi)制造的直徑最大的環(huán)氧乙烷反應(yīng)器。其管板規(guī)格為外徑6980 mm，內(nèi)徑6760 mm，總厚度350 mm，堆焊區(qū)基體厚度180 mm。堆焊模式為單塊管板堆焊。結(jié)果堆焊管板最終的平面度小于5 mm。

4 結(jié)束語

（1）按照不同類別的堆焊模式采用工程計算方法計算管板的變形量，較為符合按帶極堆焊工藝規(guī)范堆焊管板的變形情況，具有有效控制堆焊管板平面度的實(shí)際意義。尤其是對于初次堆焊相對厚度較小、直徑較大的管板，以工程計算和調(diào)整工藝措施相結(jié)合的方法控制管板堆焊的平面度較為有效。

（2）采用單塊管板堆焊的模式，結(jié)構(gòu)簡單，變形直觀，可定點(diǎn)檢測，控制措施較多。尤其是堆焊過程處于受控狀態(tài)，能夠有效地控制鍛件管板堆焊的平面度。

（3）在設(shè)備的制造過程中，控制相對厚度較小、直徑較大的管板最終的平面度，屬于系統(tǒng)工程的范疇。只要認(rèn)真落實(shí)措施，嚴(yán)格進(jìn)行系統(tǒng)控制，對于相對厚度較小、堆焊區(qū)直徑不大于7000 mm的堆焊管板，最終平面度可以控制在5 mm之內(nèi)。