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            冷凝器304不銹鋼換熱管與Q345R管板的焊接工藝

            針對304不銹鋼換熱管Q345R管板的異種鋼焊接接頭的焊接特點,制定出相應的焊接工藝。并通過焊接試驗,進行了金相檢驗,其結果均滿足產品技術條件和相關標準的要求。從而證明,制定的焊接參數可以滿足該產品的焊接要求。

            1.概述

            我公司為某氨綸制造企業生產了一臺大型冷凝器,其管程的最高工作壓力為0.3MPa,工作溫度為45℃。殼程的最高工作壓力為0.55MPa,工作溫度為60℃。冷凝器的工作介質分別為水和腐蝕性氣體。因管程介質的腐蝕性強,所以選用了φ19mm×2mm,材質為0Cr18Ni9的換熱管;管板材質是Q345R,厚度為40mm。因此形成了換熱管與管板為異種材質的焊接接頭。

            由于這種異種材質的焊接接頭焊接時容易出現大量的焊接裂紋,可能導致焊接失敗。為了保證獲得可靠的焊接接頭,我們查閱了有關資料,并根據以往其他類似材料的焊接經驗,初步制定出預焊接工藝規程表:決定管板與換熱管采用手工氬弧焊點固焊,焊接接頭的第一層采用全自動自熔TIG直流/脈沖焊;經檢驗合格后,焊接接頭的第二層再使用全自動送絲TIG直流/脈沖焊進行焊接;填充焊絲選用H12Cr24Ni13Si。為驗證該焊接工藝能否達到產品要求,在產品正式焊接前,進行了焊接工藝試驗。

            管板焊接過程中的主要問題

            1Q345R管板與304不銹鋼換熱管是不同的材質,兩種材質的力學性能和化學性能差異比較大,與同種材質的焊接相比,進行不同材質之間的焊接,無論從焊接機理和操作方法上都比相同材質的焊接要復雜的多。在焊接過程中,這兩種金屬相連接,必定會產生與母材性能不同的過渡層,產生的合金元素和結晶的條件都會發生變化。焊接接頭熱影響區中可能在晶界上析出Cr的碳化物及由焊接殘余應力而引起的焊接接頭晶間腐蝕,同時在焊縫冷卻過程中,容易出現裂紋和較大的焊接殘余應力。這些影響因素對良好焊接接頭的形成和焊接質量都有著密切的關系。

            2)異種材質的焊接時焊接接頭可能會產生一些問題第一,焊接區、熔合區塑性降低,會導致焊接接頭的力學性能降低。第二,易產生裂紋、氣孔等缺陷。第三,焊接接頭的熱裂紋。不銹鋼材料的熱導率小,線膨脹系數大,具有較高的熱裂紋敏感性,在焊接接頭處及接頭區都有產生熱裂紋的可能。第四,焊接接頭的脆化。不銹鋼與碳鋼焊接時,由于焊接材料不匹配或焊接參數選擇不當,易造成焊接接頭金屬的脆化。熔合比的變化,對耐蝕性的影響。

            3)防止異種材質的焊接接頭產生焊接缺陷的措施:第一,進行焊接時,管孔和換熱管的焊接表面應清理干凈,不得有影響焊接的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等,以防止產生裂紋、氣孔等缺陷。第二,提高保護氣體的純度。第三,采用過渡層,以防止碳的遷移。第四,合理選用焊接材料及焊接參數。

            焊接工藝試驗

            1)按照GB/T1511999《管殼式換熱器》附錄B的有關規定和產品圖樣的要求制作焊接試板。試板材料Q345R,換熱管材料0Cr18Ni9,焊接試板如圖1所示。

            2)根據母材的化學成分和焊絲的選用原則,在保證焊縫金屬的抗裂性能和力學性能的前提下,一般會選用鉻、鎳含量較高的焊接材料。結合以往的經驗,決定選用H12Cr24Ni13Si焊絲進行填充焊接,焊絲直徑為0.8mm。母材熔敷金屬化學成分如表1所示,焊絲熔敷金屬化學成分如表2所示。

            3)管板焊接工藝試驗。進行焊接工藝試驗前,應將試板表面和換熱管管頭及附近區域打磨干凈,不能有影響焊接質量的油、水、銹等污物。管板焊接坡口形式的選擇應考慮焊槍、鎢極的可達性,保證焊接接頭的熔深和焊縫的表面形狀。換熱管與管板的焊接,首先采用手工氬弧焊點焊時要嚴格控制焊接熱輸入,防止點焊時損壞管頭,以便影響焊接接頭質量,鎢極直徑2.4mm,噴嘴直徑14mm。正式焊接時,使用全自動TIG直流/脈沖焊,采用自熔的方法焊接第一道。經檢驗合格后,再采用全自動送絲TIG直流/脈沖焊焊接第二道。第二道焊縫的起弧點應與第一道焊接接頭錯開180°;焊接終了時,應多加些焊絲,然后慢慢拉開,防止產生過深的弧坑。焊接過程應選用較小的熱輸入,以防止裂紋等缺陷的產生。焊接操作必須嚴格按焊接工藝執行。焊接參數如表3所示。焊接接頭形式如圖2所示。

            焊接試板的檢驗

            1)滲透探傷試板焊后進行表面滲透檢測,未發現裂紋,表面氣孔等缺陷,按J B/T4730.52005《承壓設備無損檢測》標準I級的規定,該試件滲透檢測結果合格。

            2)宏觀檢查按照GB/T 151-1999《管殼式換熱器》附錄B的相關要求,對管板試件的4個剖面進行了宏觀檢查,8個觀察面未發現裂紋、未熔合等缺陷;焊接接頭填充飽滿,H值滿足標準要求(H1.42×2=2.84mm),宏觀檢查結果如表4所示。

            5.結語

            通過對304不銹鋼換熱管Q345R管板的異種材質焊接接頭的焊接試驗,采用H12Cr24Ni13Si焊絲,全自動TIG直流/脈沖焊焊接,焊接試件經宏觀檢查試驗,焊接接頭可以滿足產品技術條件及相關標準的要求。解決了管板焊接過程中的主要問題,經過焊接性分析和焊接工藝評定,確定了合理的焊接參數和工藝措施,實際焊接中獲得了優良的焊接接頭。

            采用上述工藝對冷凝器管束進行焊接,焊接接頭表面成形良好;按圖樣規定對管束進行水壓試驗,試驗壓力2.6MPa,試壓過程中無滲漏,試壓一次合格。所焊管束投產至今兩年來一直運行正常,從而證明按試驗所得的焊接工藝是可行的,完全能夠滿足產品的焊接質量要求。

            文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|不銹鋼換熱管

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