一、概述

加氫反應器是煉油化工行業中加氫裝置的核心設備，工作條件十分苛刻，要求設備既耐高溫(約400 ~ 450℃)、高壓(8 ~ 18mpa)，還要能抗氫腐蝕，為此，一般選用cr-mo耐熱鋼制造殼體，有的選用1cr-0.5mo或1．25cr-0.5mo-si，但更多的選用2.25cr-1mo鋼，為了適應更高溫和抗氫性能更苛刻的條件，近年來又研制了3cr-1mo-0.25v及2.25cr-1mo-0.25v制造熱壁加氫反應器。

從結構形式講，加氫反應器分冷壁加氫反應器和熱壁加氫反應器，20世紀60年代初由于冶煉水平與制造水平有限，加氫反應器多數冷壁結構形式，即在反應器內襯上很厚的大顆粒珍珠巖混凝土保溫層以保證反應器殼體的壁溫不致過熱。20世紀70年代以后隨著技術的不斷發展逐漸由冷壁加氫反應器轉向熱壁加氫反應器。熱壁加氫反應器克服了冷壁反應器的不足，內壁不需要襯保溫層，具有有效體積利用率高、施工周期短、生產維護方便、安全可靠等特點，因此為世界各國普遍采用并且向大型化發展。

二、加氫反應器的焊接

現以 典型的加氫用鋼2.25cr-1mo制造的熱壁加氫反應器殼體作為焊接實例介紹加氫熱壁反應器的焊接。

某石化總廠一臺直徑為φ1 800mm，壁厚δ=108mm，長度為30869mm的熱壁加氫反應器。主殼體包括筒體、封頭，全部采用2.25cr-1mo鋼板制造，接管法蘭、彎管、直管全部采用2.25cr-1mo鍛件制造，所有部件內壁堆焊雙層不銹鋼(309l+347l)耐蝕層。

在產品制造前，應按產品技術條件和jb 4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》進行以下評定：

① 用于筒體縱、環縫埋弧焊工藝評定一項；
② 用于接管法蘭環縫、彎管間環縫手工鎢極氬弧焊、焊條電弧焊工藝評定各一項；
③ 用于接管法蘭與殼體焊接焊條電弧焊工藝評定一項；
④ 用于筒體內壁帶極堆焊工藝評定一項；
⑤ 用于封頭內壁帶極堆焊工藝評定一項；
⑥ 用于φ內<100mm的小管徑內壁自動鎢極氬弧堆焊工藝評定一項；
⑦ 用于彎管內壁自動鎢極氬弧焊工藝評定一項；
⑧ 用于φ內≥100mm接管內壁不銹鋼藥芯焊絲自動堆焊一項；
⑨ 焊條電弧焊堆焊工藝評定一項；

以工藝評定以依據，編制指導產品生產的焊接工藝規程。其主要零部件及主殼體焊接工藝規程如下：

1. 筒體縱、環縫

① 筒體材料 2.25cr-1mo(鋼板)

② 焊接位置 平焊

③ 焊接方法 窄間隙埋弧自動焊+埋弧自動焊

④ 焊材 焊絲：us-521s(日本神鋼) φ4。焊劑：pf-200(日本神鋼)。焊條（裝配、點焊用）：cma-106n(日本神鋼) φ4或φ5

⑤ 焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測→預熱(預熱溫度≥200℃)→裝配、點焊→窄間隙埋弧自動焊→焊接外坡口(層間溫度200 ~ 250℃)→內坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測→內坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％mt+100％ut+100％rt)。

⑥ 焊接參數 焊接電流i=500 ~ 550a； 焊接電壓u=28 ~ 30v； 焊接速度v=360 ~ 400mm/min。

2. 接管與法蘭焊接

① 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
② 焊接位置 水平轉動。
③ 焊接方法 手工鎢極氬弧焊打底+焊條電弧焊。
④ 焊材 氬弧焊焊絲tgs-2cm(日本神鋼) φ2.4。焊條：cma-106n(日本神鋼) φ4或φ5。
⑤ 焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測→預熱(預熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→手工鎢極氬弧焊打底(兩層、層間溫度200 ~ 250℃)→焊條電弧焊蓋面→后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％mt+100％ut+100％rt)。

⑥ 焊接參數

a. 手工鎢極氬弧焊 電流i=160 ~ 180a；電壓u=15 ~ 17v；速度v= 80mm/min；氬氣流量16 ~ 18l/min；鎢極直徑d=2.4mm。

b. 焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。

3. 接管法蘭與封頭焊接

①接管與下封頭焊接

a. 材料 接管2.25cr-1mo(鋼板)，封頭2.25cr-1mo(鋼板)。

b．焊接位置 平焊。

c．焊接方法 雙面焊條電弧焊。

d．焊材材料 cma-106n(日本神鋼) φ3.2mm，φ4mm，φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測→預熱(預熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃，先用φ3.2mm焊條打1~2層底，再用φ4mm焊條焊兩層，然后用φ5mm焊條施焊)焊至外坡口1/3處→內坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測→內坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％mt+100％ut+100％rt)。

f．焊接參數 電流iφ3.2=90 ~ 120a；電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，電壓uφ3.2=20 ~ 24v；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ3.2=100 ~ 120mm/min；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。

② 大法蘭接管與上封頭焊接

a. 材料 接管2.25cr-1mo(鍛件)，封頭2.25cr-1mo(鋼板)。

b．焊接位置 平焊。

c．焊接方法 埋弧自動焊+焊條電弧焊。

d．焊材材料 焊絲us-521s(日本神鋼) φ4。焊劑：pf-200(日本神鋼)。焊條：cma-106n(日本神鋼) φ4mm，φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測→預熱(預熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃)→內坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測→內坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →內坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％mt+100％ut+100％rt)。

f．焊接參數

焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
埋弧自動焊 焊接電流i=500 ~ 550a； 焊接電壓u=28 ~ 30v； 焊接速度v=360 ~ 400mm/min。

4. 接管法蘭與筒體焊接

① 大法蘭接管與筒體焊接

a. 材料 接管2.25cr-1mo(鍛件)，筒體2.25cr-1mo(鋼板)。

b．焊接位置 平焊。

c．焊接方法 埋弧自動焊+焊條電弧焊。

d．焊材材料 焊絲us-521s(日本神鋼) φ2.4。焊劑：pf-200(日本神鋼)。焊條：cma-106n(日本神鋼) φ4mm，φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測→預熱(預熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃，焊至外坡口1/3處)→內坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測→內坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) → 外坡口埋弧自動焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％mt+100％ut+100％rt)。

f．焊接參數

焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。
埋弧自動焊 焊接電流i=300 ~ 380a； 焊接電壓u=28 ~ 32v； 焊接速度v=360 ~ 400mm/min。

② 小接管法蘭與筒體焊接

a. 材料 接管2.25cr-1mo(鍛件)，筒體2.25cr-1mo(鋼板)。
b．焊接位置 平焊。
c．焊接方法 雙面焊條電弧焊。
d．焊材材料 cma-106n(日本神鋼) φ3.2mm，φ4mm，φ5mm。

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測→預熱(預熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃，先用φ3.2mm焊條打1 ~ 2層底，再用φ4mm焊條焊兩層，然后用φ5mm焊條施焊)焊至外坡口1/3處→內坡口碳弧氣刨并打磨至露出金屬光澤→內坡口清根部位100％干磁粉(mt)檢測→內坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →外坡口焊條電弧焊(層間溫度200 ~ 250℃) →后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％mt+100％ut+100％rt)。

f．焊接參數 電流iφ3.2=90 ~ 120a；電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，電壓uφ3.2=20 ~ 24v；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ3.2=100 ~ 120mm/min；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。

5. 90°彎管間環縫焊接

a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b．焊接位置 水平轉動。
c．焊接方法 手工鎢極氬弧焊+焊條電弧焊。
d．焊材材料 見表

90°彎管間環縫焊材

e．焊接工序 焊接坡口100％干磁粉(mt)檢測→預熱(預熱溫度≥200℃) →裝配、點焊→手工鎢極氬弧焊打底(兩層、層間溫度200 ~ 250℃)→焊條電弧焊蓋面→后熱(200 ~ 300℃×2h) →24 h后無損檢測(100％mt+100％ut+100％rt)。

f．焊接參數

手工鎢極氬弧焊 焊接電流i=160 ~ 180a； 焊接電壓u=15 ~ 17v； 焊接速度v=80mm/min；氬氣流量16 ~ 18l／min；鎢極直徑d=2.4mm。

焊條電弧焊 電流iφ4=170 ~ 190a；電流iφ5=190 ~ 210a，；電壓uφ4、φ5=22 ~ 26v；焊接速度vφ4=130 ~ 150mm/min；焊接速度vφ5=140 ~ 160mm/min。

6. 內壁耐蝕層堆焊

① 封頭內壁堆焊

a. 堆焊位置 平焊(堆焊時將封頭放置于變位機上，堆焊時保證堆焊位置始終處于平焊狀態)。
b. 堆焊方法 埋弧帶極堆焊
c. 堆焊材料 見表

封頭內壁耐蝕層堆焊焊材

注意因封頭是曲面，采用hj107、hj107nb焊劑與同類型進口焊劑相比，其熔深大，使堆焊層結合面不容易產生夾渣，堆焊質量好。

d. 堆焊工序 預熱封頭(預熱溫度≥150℃) →埋弧帶極堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →埋弧帶極堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(pt) →結合面無損檢測(ut)。

e. 焊接參數 干伸長：15mm。焊道搭接量：6mm。過渡層：電流i=700 ~ 800a，電壓u=30 ~ 32v，焊接速度v=175mm/min。蓋面層：電流i=700 ~ 800a，電壓u=30 ~ 32v，焊接速度v=165mm /min。

② 筒體內壁堆焊

a. 堆焊位置 平焊。
b. 堆焊方法 埋弧帶極堆焊(也可采用電渣堆焊)。
c. 堆焊材料 見表

筒體內壁耐蝕層堆焊焊材

d. 堆焊工序 預熱筒體(預熱溫度≥150℃) →埋弧帶極堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →埋弧帶極堆焊面層(溫度≤100℃)→堆焊層表面著色檢查(pt) →結合面無損檢測(ut)。

e. 焊接參數 干伸長：15mm。焊道搭接量：5 ~ 10mm。過渡層：電流i=950 ~ 1050a，電壓u=26 ~ 28v，焊接速度v=175mm/min。蓋面層：電流i=950 ~ 1050a，電壓u=26 ~ 28v，焊接速度v=165m m/min。

③ 小接管內壁堆焊

a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動鎢極氬弧堆焊。
d．焊材材料 見表

小接管內壁堆焊材料

e. 堆焊工序 預熱接管(預熱溫度≥150℃) →自動鎢極氬弧堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →過渡層可探部位表面著色檢查(pt) →自動鎢極氬弧堆焊面層→面層表面可探部位著色檢查(pt)。

f. 堆焊參數 見表

小接管內壁堆焊參數

注1.過渡層零件旋轉速度：n=v焊/πd(r/min)，其中v焊=100mm/min，d為工作半徑，mm。
2. 蓋面層焊接時，零件轉速比過渡層慢 =0.01 ~ 0.03 r/min。

④ 90°彎管內壁堆焊

a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動鎢極氬弧堆焊。
d．焊材材料 見表

90°彎管內壁堆焊焊材

e. 堆焊工序 將90°彎管均分割為3段→預熱30°彎管 (預熱溫度≥150℃) →自動鎢極氬弧堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →自動鎢極氬弧堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(pt) →結合面無損檢測(ut)。

f. 堆焊參數 見表

小接管內壁堆焊參數

⑤ 直管內壁堆焊

a. 材料 2.25cr-1mo(鍛件)。
b. 堆焊位置 平焊
c．焊接方法 自動藥芯焊絲co2氣體保護堆焊。
d．焊材材料 見表

直管內壁堆焊焊材

e. 堆焊工序 預熱直管(預熱溫度≥150℃) →自動藥芯焊絲co2氣體保護堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →自動藥芯焊絲co2氣體保護堆焊面層(溫度≤100℃)溫度→堆焊層表面著色檢查(pt) →結合面無損檢測(ut)。

f. 焊接參數 電流i=220 ~ 230a，電壓u=32 ~ 33v，焊接速度v=230mm/min。干伸長：16mm。保護氣體：純co2。氣體流量：15-18l/min。

⑥ 焊條電弧焊堆焊

加氫反應器內壁某些部位（如總裝環縫內壁、彎管環縫內壁等）不能采用自動堆焊，可采用焊條電弧焊進行堆焊。

堆焊工序：預熱堆焊部件(預熱溫度≥150℃) →焊條電弧焊堆焊過渡層→后熱(250 ~ 300℃×2h) →堆焊層表面著色檢查(pt) →焊條電弧焊堆焊面層→堆焊層表面著色檢查(pt) →結合面無損檢測(ut)。堆焊材料及焊接參數見表

焊條電弧焊堆焊材料及焊接參數

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