９０°弯头的内壁堆焊是加氢反应器的制造难点之一。 目前通常是采取将 ９０°弯头分为 ３ 段， 各段分别堆焊后装配在一起，再对连接缝进行组焊和堆焊的制造工艺。 该工艺不仅繁琐，而且质量 不易控制。 为了解决这个制造难题，在现有堆焊设备和焊接变位机的基础上，通过开发一些简单的 辅助工装，成功实现了 ９０°弯头的内壁整体堆焊。 并详细介绍了 ９０°弯头的制造难点、内壁整体堆 焊的原理及对辅助工装的要求。

某公司 １５０ 万 ｔ／ａ 柴油加氢精制装置中加氢 精制反应器是目前为止采用国产钢板制造的最大 板厚的加氢反应器，其上、下封头上各有一个 ９０° 弯头需要整体堆焊。 目前国际上容器制造厂都在 不断地研究和改进 ９０°堆焊弯头的制造工艺，以 减少过多的制造工序。 研究方向有两个［１］ ：一是先对直管进行堆焊再弯制成弯头。 该方案需要的 设备简单，但要求严格控制制造工艺，主要存在的 问题是堆焊层经过高温成型、正火（或淬火）、回 火和焊后消应力热处理后，堆焊层的贴合率、抗晶 间腐蚀性能及弯头基体的力学性能是否仍能满足 技术条件的要求。 国外某些厂家在此方向研究比 较成功［２］ ，比如 Ｋｏｂｅ 公司就具有直管堆焊后再 弯曲（９０°弯头）的技术［３］ ；另一个方向是研究专 用的焊机，直接对弯头进行堆焊。 该方向较容易保证堆焊层的性能，但焊机研发需要投入大量资 金和技术。 国内某研究所已成功研发出 ９０°弯头 内壁整体堆焊焊机，但该焊机结构复杂、价格较贵 且需要对每种弯头专门设计机头。

目前，国内各制造厂对 ９０°堆焊弯头主要采 用的还是“三等分，各自堆焊、再组焊及堆焊”的 制造工艺［４］ 。 该制造工艺不仅费时费力，而且弯 头的堆焊层往往质量最薄弱。 上海石化机械制造 有限公司从 ２０１０ 年开始对 ９０°弯头的内壁整体 堆焊进行研发，通过利用常规的 ＦＣＡＷ 堆焊设备 和焊接变位机械，成功实现了 ９０°弯头内壁整体 堆焊。 堆焊层成型美观，性能可靠

９０°弯头的堆焊原理 每个标准的等径 ９０°弯头有如下特点： （１）每个 ９０°弯头的内壁面可以看成是一个 圆绕一条直线旋转 ９０°而成； （２）不论弯头处于何种位置，其每个圆截面 的最低点在一个平面上； （３）每个圆截面的最低点所在的平面垂直于 弯头的旋转轴； （４）每个圆截面的最低点所构成的曲线为圆 弧线。 因此，可以将 ９０°弯头的内壁堆焊看成一条 条圆弧面的堆焊，这些圆弧面的中心轴都为弯头 的旋转轴.

其基本工作原理是工作台的旋转轴与翻转轴 互相垂直，工作台旋转的传动装置由位于两侧的 翻转轴支撑着，通过扇形齿轮传动装置使翻转轴 在 ０°～１４０°范围内倾斜或翻转。 根据座式焊接变位器的工作原理，将焊枪固 定在一个圆环形支撑圈上，支撑圈的弯曲半径与 弯头每个圆截面圆心所构成的圆弧线的半径相 等。 将 ９０°弯头固定在工作台上，使 ９０°弯头的旋 转轴、工作台的旋转轴及焊枪支撑圈的旋转轴同 轴。 焊接时焊枪固定不动，弯头随工作台绕其中 心轴旋转。 每完成一条圆弧面的堆焊，使弯头随 工作台绕轴翻转一定角度，同时调整焊枪，使焊枪 始终竖直向下，然后再进行下一条圆弧面的堆焊。 这样就可以完成所有圆弧面的堆焊。

焊枪支持装置 由于在焊接过程中，焊枪不动，焊枪一端为每 个弯头圆截面的最低点；另一端为该圆截面的圆 心。 焊枪的支撑装置必须满足以下几点： （１）可以调节焊枪的上下位移； （２）焊枪能随着旋转工作台一起翻转，但不 能随其一起旋转； （３）可以自由调节焊枪与水平面的角度。 经过不断尝试，利用常见的进给机构和碳钢 棒成功地研发出了焊枪支持装置。 ２．２ 焊机要求 刚开始的设想是采用 ＴＩＧ 堆焊，但对 ＴＩＧ 焊 的机头改进难度较大，并且 ＴＩＧ 堆焊对待堆焊面 的要求更高，易发生夹钨及夹渣缺陷。 ＦＣＡＷ 堆 焊的电弧热量比较集中，规范合适时飞溅少且对 待堆焊面的要求不高，最大的优点是其机头小，改 进容易。 尽管在堆焊过程中会产生熔渣，但经过 验证，只要焊接规范适宜和焊材选用合适，熔渣的 起脱位置不会导致砸灭电弧或影响电弧的稳定性 等现象的发生。

为了模拟产品的实际堆焊情况，采用一个与 产品弯头规格和材质均相同的弯头进行 ９０°弯头 内壁整体堆焊模拟试验。 弯头的 DN 为 ４５０ ｍｍ。

采用喷沙及机械打磨方式将弯头内壁清理干 净，并对待堆焊面进行 ＭＴ 检测。 检测合格后用 高压气体并辅助以机械打磨清除 ＭＴ 检测留下的 磁粉等污物。 使旋转工作台处于水平位置，将弯头按图 ２ 所示装配到焊接变位机上，并将整个弯头预热至 １００ ～１２０ ℃。

将整个弯头的内壁堆焊按每个圆截面分成 ０°～９０°，９０°～１８０°，１８０°～２７０°及 ２７０°～３６０°四 个区域（将最初与旋转工作台接触的位置定义为 ２７０°）。

调整焊枪，使焊枪对准 ２７０°圆弧面的一端。 根据焊接工艺卡中的焊接速度调整好旋转工作台 的转速，必要时进行测速。 引燃电弧，使弯头随旋 转工作台绕着旋转工作台的旋转轴旋转，焊枪固定不动，进行该角度圆弧面的堆焊，堆焊厚度约为 ３ ｍｍ。 此后通过调节旋转工作台的转速以及旋 转工作台的翻转角度，逐个进行 ２７０°～３６０°区域 中其他圆弧面的堆焊。 ２７０°～３６０°区域内圆弧线堆焊完毕后，使旋 转工作台绕其旋转轴旋转 １８０°，然后逐条进行 ２７０°～１８０°区域内圆弧线的堆焊。 １８０°～３６０°区域内过渡层全部堆焊完毕后， 立即对堆焊的过渡层进行３００ ～３５０ ℃ ×２ ｈ 的消 氢处理。 将弯头从旋转工作台上卸下，使弯头翻转 １８０°后将其固定到旋转工作台上。 此时弯头的 ９０°圆弧面与旋转工作台接触。 将弯头重新预热 到１００ ～１２０ ℃，并按上述步骤依次进行０°～１８０° 区域内圆弧面的堆焊。 堆焊完毕后立即对堆焊的 过渡层进行 ３００ ～３５０ ℃ ×２ ｈ 消氢处理。 对整个过渡层进行 ＵＴ 及 ＰＴ 检测（文中 ＵＴ， ＰＴ，ＭＴ 的检测比例均为 １００％，合格级别均为Ⅰ 级）。 检测完毕后用棉纱沾丙酮清除检测留下的 污物，待挥发一段时间后，用干净面纱再擦拭一次 过渡层。

面层堆焊步骤与过渡层堆焊相同，面层采用 冷堆，堆焊厚度约 ３．５ ｍｍ，堆焊完毕后对其进行 ＵＴ 及 ＰＴ 检测。