加氫反應(yīng)器筒體電熔成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加氫反應(yīng)器筒體電熔成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]加氫反應(yīng)器是各種加氫工藝過程或加氫裝置的核心設(shè)備。其工況環(huán)境苛刻，技術(shù)難度大，制造技術(shù)要求高，造價(jià)昂貴，尤其因加氫裝置操作條件的特殊性，反應(yīng)器在高溫氫腐蝕，氫脆，鉻-鉬鋼的回火脆性損傷，連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂，奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離等多重破壞因素影響下，很容易出現(xiàn)損傷以致報(bào)廢。為防止這些破壞性的損傷發(fā)生，不僅要有正確的設(shè)計(jì)，與材料選擇及相關(guān)的正確制造工藝也關(guān)系極大。反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和制造成功，在某種意義上說是體現(xiàn)一個國家總體技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。
[0003]加氫反應(yīng)器材料得到世界各國的積極研發(fā)，由最始的21/4CrlMo鋼種，現(xiàn)已研發(fā)出21/4CrlMoV，3CrlMoV系列，并配套添加了 Cb、T1、B、Ca等合金元素，形成了系列下多種材料。同時，隨著容器尺寸的逐漸增大和安全性能要求越來越高，加氫反應(yīng)器材料制備，也逐漸由鋼板卷焊改為對較厚設(shè)備材料鍛制而成.鍛坯經(jīng)過墩粗、拔長、墩粗、沖孔的鍛造加工過程，可沖掉中心部位的偏析與夾雜，使筒節(jié)材料的力學(xué)性能得到改善，從而提高反應(yīng)器的抗氫損傷能力.材料通過鍛制，并輔以后續(xù)熱處理工藝穩(wěn)定組織改善性能，因此相比較鋼板卷焊，鍛制成形材料的內(nèi)質(zhì)特性(純凈性、致密性、均質(zhì)性)好；焊縫少，特別是沒有縱焊縫，提高了反應(yīng)器耐周向應(yīng)力的可靠性；同時制造裝配易保證.
[0004]盡管此方法在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，但由于工藝復(fù)雜、化學(xué)與力學(xué)性能控制難度大，也造成質(zhì)量穩(wěn)定性差，熱處理相組織不均勻，廢品率高等缺點(diǎn)，且鍛造結(jié)構(gòu)材料利用率低，當(dāng)壁厚較薄時，其制造費(fèi)用相對較高。而從最終的晶粒測度結(jié)果看，一般也只在4-6級左右，另外，加氫反應(yīng)器囿于鋼錠冶煉和鍛造技術(shù)的限制所采用的分段材料鍛制并拼焊組成的方式，也因?yàn)楹缚p的增加嚴(yán)重割裂了機(jī)械纖維的連續(xù)走向，極大的影響材料的力學(xué)性能和容器設(shè)備的安全性.并且也極易引起制造工期拖延，增加了成本。
[0005]因此，如何能夠研發(fā)出所需的細(xì)晶粒、均組織，且綜合力學(xué)性能良好的材料和整體成形方法是加氫反應(yīng)器新材料研發(fā)需攻克的難點(diǎn)和重要發(fā)展方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于，提供一種高效、低成本、具有良好力學(xué)性能的加氫反應(yīng)器筒體成形方法。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的加氫反應(yīng)器筒體成形方法是采用電弧熱、電阻熱、電渣熱復(fù)合而成的高能熱源，熔化連續(xù)輸送的金屬原料絲材，在基材上逐層凝固堆積成形制造金屬構(gòu)件；
[0008]將電熔頭與基材接至電源兩極，成形時金屬原料絲材經(jīng)由輸送機(jī)構(gòu)和電熔頭送至基材表面，在顆粒狀輔料的堆積保護(hù)下，原料絲材與基材間產(chǎn)生電弧，熔化部分堆敷輔料形成熔融渣池，電流流過原料絲材和熔融輔料渣池形成電阻熱和電渣熱，在電弧熱、電阻熱、電渣熱三種熱復(fù)合高能熱源作用下使原料絲材熔化，在基材表面形成局部熔池，持續(xù)輸送原料絲材與輔料，根據(jù)成形構(gòu)件的分層切片數(shù)據(jù)，采用計(jì)算機(jī)控制電熔頭與基材的相對移動，實(shí)現(xiàn)熔池在基材上快速冷卻逐層凝固堆積，最終成形加氫反應(yīng)器筒體。
[0009]在本發(fā)明中，加氫反應(yīng)器整體成形筒體，直徑為2-7m，長度2_18m。
[0010]在本發(fā)明中，成形所用原料絲材是為加氫反應(yīng)器構(gòu)件而特殊制備的低合金鋼材料，原料絲材直徑2-8mm，C含量0.08-0.12%，成形后工件C含量0.04-0.08%，工件晶粒度7-9級。
[0011]在本發(fā)明中，控制基材或堆積金屬預(yù)熱與層間溫度為120?450°C，電熔頭與基材的相對移動速度為300?800mm/min，實(shí)現(xiàn)熔池的快速凝固，從而獲得晶粒細(xì)密、無宏觀偏析、組織均勻的材料，極大的改善成形工件的塑性、韌性和高溫蠕變等力學(xué)性能。
[0012]在本發(fā)明中，在逐層成形的過程中，原料絲在下層金屬表面形成熔池，熔滴以射流形態(tài)進(jìn)入熔池后凝固使兩層金屬形成一體，實(shí)現(xiàn)分層成形，整體融合，保證了成形筒體構(gòu)件的整體性能。
[0013]在本發(fā)明中，單個電熔頭對原料絲材熔化效率為20?50Kg/h，另外為提高堆積效率實(shí)現(xiàn)快速成形，電熔頭的數(shù)量可以按需要調(diào)整為I?100個，當(dāng)多電熔頭排布時，相鄰電恪頭間距為50?500mm。
[0014]在本發(fā)明中，基材可以是309不銹鋼材料或碳鋼或合金鋼材料，當(dāng)為309不銹鋼材料時，可作為異種材料連接合成工件，為碳鋼或合金鋼材料時可在后續(xù)機(jī)加工中去除基材，基材尺寸、形狀與加氫反應(yīng)器筒體內(nèi)壁尺寸形狀匹配，厚度不小于5_。
[0015]本發(fā)明擺脫了復(fù)雜的工裝、模具和專用工具的約束；成形即為近凈形坯件，生產(chǎn)后只需少量精加工，大大簡化加工工序，縮短產(chǎn)品周期；所成形工件具有媲美傳統(tǒng)鍛造工藝的力學(xué)和化學(xué)性能，強(qiáng)度、韌性、耐蝕等性能均十分突出；同時實(shí)現(xiàn)了加氫反應(yīng)器筒體的整體成形，突破了傳統(tǒng)鍛造工藝技術(shù)的局限，大大提高了效率，節(jié)省了成本。
【附圖說明】
[0016]圖1A為用于說明【具體實(shí)施方式】中的電熔方法的原理示意圖；
[0017]圖1B為圖1A中A所示位置附近的局部放大圖；
[0018]圖2為用于說明實(shí)施例中的加氫反應(yīng)器筒體成形方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面參照附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。圖1A為用于說明【具體實(shí)施方式】中的電熔方法的原理示意圖；圖1B為圖1A中A所示位置附近的局部放大圖。由于是原理圖，因而，圖中部件是示意性的，其實(shí)際形狀與尺寸關(guān)系等不受圖示限制。
[0020]該成形方法是將原料絲材I熔化而逐層(圖1中所示為堆積至第N層時的狀態(tài))堆積在基礎(chǔ)材2上，從而最終形成所需的金屬構(gòu)件。
[0021]具體實(shí)施工序?yàn)?
[0022]A.送絲機(jī)構(gòu)5將原料絲材I送至放置于工作臺21上的基材2的表面，其上覆蓋由送粉機(jī)構(gòu)4輸送的顆粒狀輔料。
[0023]B.啟動電源12，電源電壓使原料絲材I與基材2間形成電弧9產(chǎn)生電弧熱，電弧熱使部分輔料3熔融，形成輔料渣池8，電流經(jīng)由電熔頭6流過原料絲材I形成電阻熱，并通過熔融渣池8形成電渣熱，三種熱源復(fù)合而成高能熱源，熔化原料絲材，在基材2表面形成熔池11。
[0024]C.控制電熔頭6與基材2的相對移動和基材2的溫度，實(shí)現(xiàn)熔池11與基材換熱凝固沉積。
[0025]D.送絲機(jī)構(gòu)5與送粉機(jī)構(gòu)4持續(xù)輸送原料絲材I和輔料3，在輔料3覆蓋熔池11和基材2的狀態(tài)下，原料絲材I逐層堆積在基材2上，最終成形工件。
[0026]其中，控制裝置(計(jì)算機(jī))根據(jù)成形工件的(數(shù)值模擬、數(shù)學(xué)模型)分層切片數(shù)據(jù)控制電熔頭6與基材2的相對移動方式。
[0027]在本發(fā)明圖示中電熔頭電極接正，工件接負(fù)只作示意作用，也可以電熔頭接負(fù)，工件接正，或采取交流電源。
[0028]在本發(fā)明中，為了保證形成良好的高能熱源，尤其是為了產(chǎn)生充分的電渣熱，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)輔料的成分、原料絲材的直徑、電流、基材與原料絲材的相對移動速度等參數(shù)。
[0029]在本發(fā)明中，原料絲I的形態(tài)可以是圓棒狀、帶狀，實(shí)芯或者藥芯的；原料絲I的直徑可以根據(jù)成形工件的尺寸設(shè)定為2?8_ ;根據(jù)絲材I直徑不同，伸出電熔頭的長度(通電長度)為20mm?150mm。
[0030]在本發(fā)明中，輔料3覆蓋厚度為15mm?120mm，使用輔料3的作用包括:覆蓋電弧9，防止電弧飛濺；覆蓋熔池11，隔絕空氣，使熔池金屬免受空氣中氧、氮、氫等的侵害；對熔池金屬形成保溫；冶金反應(yīng)過程中去除雜質(zhì)、摻入合金；形成的渣池8 (渣殼7)以機(jī)械方式保護(hù)沉積金屬10良好成形等。
[0031]輔料3的成分包含氧化物或者氧化物與鹵化物，由于輔料3參與熔池反應(yīng)，調(diào)整工件(金屬構(gòu)件、產(chǎn)品)成分，因而根據(jù)所要形成的金屬構(gòu)件的成分和效率要求，可以在輔料中添加合金粉末以及/或者單質(zhì)金屬粉末，降低生產(chǎn)成本。
[0032]另外，在C工序中，可以附帶回收殘余輔料以及去除渣池8凝固而形成的渣殼7的操作。去除時，可以在原料絲I的相對移動后方400mm?500mm處開始機(jī)器去除或人工去除作業(yè)。
[0033]采用本實(shí)施方式的電熔成形方法，原料絲利