冷凝器304不锈钢换热管与Q345R管板的焊接工艺

针对304不锈钢换热管Q345R管板的异种钢焊接接头的焊接特点,制定出相应的焊接工艺。并通过焊接试验,进行了金相检验,其结果均满足产品技术条件和相关标准的要求。从而证明,制定的焊接参数可以满足该产品的焊接要求。

1.概述

我公司为某氨纶制造企业生产了一台大型冷凝器,其管程的最高工作压力为0.3MPa,工作温度为45℃。壳程的最高工作压力为0.55MPa,工作温度为60℃。冷凝器的工作介质分别为水和腐蚀性气体。因管程介质的腐蚀性强,所以选用了φ19mm×2mm,材质为0Cr18Ni9的换热管;管板材质是Q345R,厚度为40mm。因此形成了换热管与管板为异种材质的焊接接头。

由于这种异种材质的焊接接头焊接时容易出现大量的焊接裂纹,可能导致焊接失败。为了保证获得可靠的焊接接头,我们查阅了有关资料,并根据以往其他类似材料的焊接经验,初步制定出预焊接工艺规程表:决定管板与换热管采用手工氩弧焊点固焊,焊接接头的第一层采用全自动自熔TIG直流/脉冲焊;经检验合格后,焊接接头的第二层再使用全自动送丝TIG直流/脉冲焊进行焊接;填充焊丝选用H12Cr24Ni13Si。为验证该焊接工艺能否达到产品要求,在产品正式焊接前,进行了焊接工艺试验。

管板焊接过程中的主要问题

1Q345R管板与304不锈钢换热管是不同的材质,两种材质的力学性能和化学性能差异比较大,与同种材质的焊接相比,进行不同材质之间的焊接,无论从焊接机理和操作方法上都比相同材质的焊接要复杂的多。在焊接过程中,这两种金属相连接,必定会产生与母材性能不同的过渡层,产生的合金元素和结晶的条件都会发生变化。焊接接头热影响区中可能在晶界上析出Cr的碳化物及由焊接残余应力而引起的焊接接头晶间腐蚀,同时在焊缝冷却过程中,容易出现裂纹和较大的焊接残余应力。这些影响因素对良好焊接接头的形成和焊接质量都有着密切的关系。

2)异种材质的焊接时焊接接头可能会产生一些问题第一,焊接区、熔合区塑性降低,会导致焊接接头的力学性能降低。第二,易产生裂纹、气孔等缺陷。第三,焊接接头的热裂纹。不锈钢材料的热导率小,线膨胀系数大,具有较高的热裂纹敏感性,在焊接接头处及接头区都有产生热裂纹的可能。第四,焊接接头的脆化。不锈钢与碳钢焊接时,由于焊接材料不匹配或焊接参数选择不当,易造成焊接接头金属的脆化。熔合比的变化,对耐蚀性的影响。

3)防止异种材质的焊接接头产生焊接缺陷的措施:第一,进行焊接时,管孔和换热管的焊接表面应清理干净,不得有影响焊接的毛刺、铁屑、锈斑、油污等,以防止产生裂纹、气孔等缺陷。第二,提高保护气体的纯度。第三,采用过渡层,以防止碳的迁移。第四,合理选用焊接材料及焊接参数。

焊接工艺试验

1)按照GB/T1511999《管壳式换热器》附录B的有关规定和产品图样的要求制作焊接试板。试板材料Q345R,换热管材料0Cr18Ni9,焊接试板如图1所示。

2)根据母材的化学成分和焊丝的选用原则,在保证焊缝金属的抗裂性能和力学性能的前提下,一般会选用铬、镍含量较高的焊接材料。结合以往的经验,决定选用H12Cr24Ni13Si焊丝进行填充焊接,焊丝直径为0.8mm。母材熔敷金属化学成分如表1所示,焊丝熔敷金属化学成分如表2所示。

3)管板焊接工艺试验。进行焊接工艺试验前,应将试板表面和换热管管头及附近区域打磨干净,不能有影响焊接质量的油、水、锈等污物。管板焊接坡口形式的选择应考虑焊枪、钨极的可达性,保证焊接接头的熔深和焊缝的表面形状。换热管与管板的焊接,首先采用手工氩弧焊点焊时要严格控制焊接热输入,防止点焊时损坏管头,以便影响焊接接头质量,钨极直径2.4mm,喷嘴直径14mm。正式焊接时,使用全自动TIG直流/脉冲焊,采用自熔的方法焊接第一道。经检验合格后,再采用全自动送丝TIG直流/脉冲焊焊接第二道。第二道焊缝的起弧点应与第一道焊接接头错开180°;焊接终了时,应多加些焊丝,然后慢慢拉开,防止产生过深的弧坑。焊接过程应选用较小的热输入,以防止裂纹等缺陷的产生。焊接操作必须严格按焊接工艺执行。焊接参数如表3所示。焊接接头形式如图2所示。

焊接试板的检验

1)渗透探伤试板焊后进行表面渗透检测,未发现裂纹,表面气孔等缺陷,按J B/T4730.52005《承压设备无损检测》标准I级的规定,该试件渗透检测结果合格。

2)宏观检查按照GB/T 151-1999《管壳式换热器》附录B的相关要求,对管板试件的4个剖面进行了宏观检查,8个观察面未发现裂纹、未熔合等缺陷;焊接接头填充饱满,H值满足标准要求(H1.42×2=2.84mm),宏观检查结果如表4所示。

5.结语

通过对304不锈钢换热管Q345R管板的异种材质焊接接头的焊接试验,采用H12Cr24Ni13Si焊丝,全自动TIG直流/脉冲焊焊接,焊接试件经宏观检查试验,焊接接头可以满足产品技术条件及相关标准的要求。解决了管板焊接过程中的主要问题,经过焊接性分析和焊接工艺评定,确定了合理的焊接参数和工艺措施,实际焊接中获得了优良的焊接接头。

采用上述工艺对冷凝器管束进行焊接,焊接接头表面成形良好;按图样规定对管束进行水压试验,试验压力2.6MPa,试压过程中无渗漏,试压一次合格。所焊管束投产至今两年来一直运行正常,从而证明按试验所得的焊接工艺是可行的,完全能够满足产品的焊接质量要求。

文章作者:不锈钢管|304不锈钢无缝管|316L不锈钢厚壁管|不锈钢小管|大口径不锈钢管|不锈钢换热管

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