[发明专利]基于残余应力控制的加氢反应器窄间隙坡口结构及焊接方法

说明书

本发明公开了一种基于残余应力控制的加氢反应器窄间隙坡口结构及焊接方法，用于加氢反应器的两个筒节对焊，所述加氢反应器的筒节内壁设置有凸台，且凸台位于筒节的端部；所述坡口形成于加氢反应器的两个筒节的对接间隙，所述坡口为U形坡口，所述U形坡口的弧形根部位于凸台内，且U形坡口的弧形根部底部设置有钝边。采用该坡口结构焊接时，当焊接完成后，采用机械打磨的方法将筒节内壁凸台清除并抛光即可，无需清根及再次封底焊接。本发明通过对坡口及焊接工艺进行改进，降低加氢反应器筒节焊后残余应力，并同时提高焊接接头位置的冲击韧性，提高焊接可靠性。

技术领域

本发明涉及石油炼化行业中加氢反应器焊接技术领域，具体涉及一种基于残余应力控制的加氢反应器窄间隙坡口结构及焊接方法。

背景技术

高温、高压重型加氢反应器及大型塔器是石油化工行业加氢裂化和加氢脱硫装置的核心设备。加氢反应器等塔器的直径、壁厚数值越大，其处理能力就越强，装备大型化是提高经济效益的必由之路，也是世界石化行业的发展趋势，在2007年，国外制造的重型加氢反应器最大外径就已达到5894毫米，壁厚347毫米，此重大承压设备在加工制造过程中，壳体筒节对接使用焊接技术，在焊接过程中，由于焊件母材金属受到不均匀加热和冷却的作用，在焊缝及其附近区域不可避免地产生不均匀塑性形变从而导致焊件在常温冷却后会产生焊接残余应力。虽然焊后热处理可以在一定程度上降低焊接残余应力，但是并不能完全消除，如果在焊接过程中可以直接得到残余应力较低的焊接件，不仅可以使焊后热处理时间缩短，且可以从根本上使残余应力降低。

目前，加氢反应器通常使用U形窄间隙坡口及双丝双弧埋弧焊的焊接方式，它具有焊接效率高、接头力学性能优良、焊接生产成本低等优势。其中，U形窄间隙坡口如说明书附图图2所示，采用这种焊接方式焊接完成后，需要清除根部缺陷(气孔、凹坑、杂质等)，并对内表面焊缝进行清根，然后再次焊接，即在筒节内表面焊根处使用碳弧气刨、风动铲子、电动砂轮的方式，清理出深度为10mm左右的坡口，去除缺陷，然后对坡口封底焊。以上U型坡口焊接时主要面临三个问题：一是清根加工难度大，耗费大量人力物力，降低生产效率；二是使用碳弧气刨会对焊缝造成渗碳，从而产生不可预知影响；三是清根后的封底焊接，会在内表面产生非常高的焊接残余应力，增大了裂纹和应力腐蚀发生的概率。另外，对于双丝双弧埋弧焊焊接工艺，现有技术中通常仅考虑了焊接强度及双丝之间间距对电弧的电磁影响，并没有明确的焊接工艺指导，导致超厚窄间隙焊接接头的焊接热输入及双丝间的空间位置等与坡口不匹配，不仅导致焊接残余应力高，而且冲击韧性不符合要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于残余应力控制的加氢反应器窄间隙坡口结构及焊接方法，通过对坡口及焊接工艺进行改进，降低加氢反应器筒节焊后残余应力，并同时提高焊接接头位置的冲击韧性，提高焊接可靠性。

本发明采用的技术解决方案是：

本发明提供了一种基于残余应力控制的加氢反应器窄间隙坡口结构，用于加氢反应器的两个筒节对焊，所述加氢反应器的筒节内壁设置有凸台，且凸台位于筒节的端部；

所述坡口形成于加氢反应器的两个筒节的对接间隙，所述坡口为U形坡口，所述U形坡口的弧形根部位于凸台内，且U形坡口的弧形根部底部设置有钝边。

在上述技术方案中，通过在加氢反应器筒节内壁设置凸台，并在车削U形坡口时，使U形坡口的弧形根部位于凸台内，焊接结束后，可使用机械打磨的方法将筒节内表面的凸台清除抛光，即可去除带有缺陷的打底焊缝，确保焊缝质量，还省去了清根和封底焊接工艺，同时还降低了焊接残余应力。

进一步地，所述凸台的内端面为倾斜面，其倾斜角度为30°～45°。

进一步地，所述凸台与筒节未接触的一侧的宽度W≥R，所述凸台的高度H为P+2≤H≤P+0.1T，其中，R为U形坡口的弧形根部半径，P为钝边的高度，T为筒节壁厚。