重叠式高压换热器复合金属材料焊接方法研究

2019-01-19姜金钟

中国设备工程 2019年11期

姜金钟

（国能生物发电集团有限公司东北检修公司，吉林长春 130012）

在重叠式高压换热器安装过程中，技术人员需要注重焊接位置的垂直固定，按照横焊形式进行焊接，还需要注重焊接前后的处理工作，其复合金属材料的焊接难度和作业强度相对较大，焊接质量难以保障。因此，技术人员需要研发一种全新的焊接方法，简化复合金属材料的焊接流程，保障重叠式高压换热器的安装质量。

1 重叠式高压换热器复合金属材料的焊接分析

为了提高课题分析的准确性，将某石化企业应用的重叠式高压换热器作为研究对象，对其复合金属材料的焊接进行分析。该石化企业的换热器共2组，包括4台单体设备，需要按照每2台一组的规格进行上下排列焊接。在焊接过程中，共有4道焊口，需要应用横焊形式进行焊接。重叠式高压换热器应用的复合金属材料分别为12Cr2Mol、TP309L以及TP347，焊接的管道基层厚度分别为D406×21mm及D435×36mm；管道复层厚度分别为14.5+6.5mm及29.5+6.5mm。由于换热器采用复合金属材料，所以技术人员需要在焊接前进行预热处理，并在焊接结束后进行相应的热处理。对不同层次的管道（即管道基层、管道过渡层以及管道复层），需要应用相应的焊接方法，该焊接工艺的难度和工作强度偏大，焊接质量难以保障，对换热设备的有效应用造成不利影响。

基于此，提出一种堆焊镍合金的焊接工艺，在复合金属材料的坡口位置堆焊一层镍合金作为过渡层，只需要焊接镍合金材料即可，不需要再进行焊前预热处理和焊接后的热处理，简化了焊接流程，在降低焊接难度和工作强度的同时，保障了焊接的质量。应用堆焊镍合金施工工艺可以有效保障重叠式高压换热器的水平度，大大提升了换热设备的安装质量。

2 重叠式高压换热器复合金属材料的焊接要求

在进行复合金属材料的焊接时，技术人员需要遵循相关标准规范，保障焊接的质量。本节主要介绍焊接工艺的一般要求，重叠式高压换热器复合金属材料的具体焊接要求将在焊接方法中叙述。具焊接工艺的一般要求涉及以下几点：

（1）焊接人员需要具有焊工资质证。本文采用的焊接方法为堆焊，要求焊工具备TSG Z6002—2011要求的资格证；焊接的金属材料为镍合金，要求石化企业严格按照GB 50236—2011对焊工进行考察。只有具备资格证且通过考察的焊工，才能够开展焊接作业。

（2）在焊接作业开始前，需要进行焊接工艺方案的设计与评定，确保焊接工艺方案符合标准要求及施工规范，并编制相应的焊接工艺指导书，为焊工的具体作业提供指导，实现有效的技术交底，为焊接作业奠定良好的基础。

（3）在焊接过程中，如果遇到雨雪天气、低温天气或者大风天气，需要应用篷布罩等防护装置，保障焊接的质量及安全。低温天气是指环境温度低于0℃；对于手工焊工艺来说，大风天气的界定标准为风速大于8m/s，对于钨极氩弧焊来说，大风天气的界定标准为风速大于2m/s。另外，如果空气相对湿度大于90%，也需要应用篷布罩，保障焊接作业的正常开展。

3 重叠式高压换热器复合金属材料的焊接方法

3.1 焊接前的准备

在对复合金属材料进行堆焊镍合金前，技术人员需要做好焊件（重叠式高压换热器的管道）的处理，避免焊件中存在的铅、硫、磷等低熔点化学元素，影响镍合金的焊接质量，导致镍合金出现裂纹。技术人员需要通过角向磨光机进行复合金属材料坡口的处理，将其内外两侧50mm范围内的所有杂质清理干净，确保焊件的焊接部位不存在裂纹或者夹层等问题，保障焊接的质量。

同时在该石化企业的生产中，要求其重叠式高压换热器的轴向水平度偏差控制在3mm以内。在实际的焊接过程中，需要对重叠式高压换热器的2个部位进行焊接，为了满足上述水平度要求，技术人员需要在焊接前做好重叠式高压换热器的处理。技术人员需要准备如下几点：（1）准确测量焊接部位的嘴子伸出长度，确保重叠式高压换热器的直线度符合标准；（2）在下方的换热器安装完成后，需要及时测量其水平度，将其水平度偏差控制在1mm以内，避免上方换热器的焊接振动影响整个换热器的水平度；（3）在进行上方换热器的焊接时，需要确保2个焊接部位的组对参数符合相关标准才可以施焊，并对其水平度偏差进行测量，如果这一过程中的水平度偏差不符合要求，可以调整另一个焊接部位的组对间隙，使水平度的偏差控制在要求范围内；（4）只有在保障重叠式高压换热器的水平度满足标准的基础上，才可以施焊，首先焊接管径相对较大的焊口，然后将小管径的焊口位置磨开，降低焊口位置的应力，再进行小管径的焊接。

3.2 焊接方法分析

在焊接前的准备工作结束后，需要按照规范流程进行复合金属材料的焊接。本文采用的复合金属材料焊接方法为分层分道焊，首先将重叠式高压换热器的复合金属材料进行分区，分别采用钨极氩弧焊以及焊条电弧焊方法进行焊接。在应用焊条电弧焊焊接前，需要做好焊条的处理工作，将其置于300℃的条件下烘烤保温1h，确保焊条符合焊接标准。在上述石化企业中，采用的焊材为Income1625、焊条及焊丝为ENiCrMo—3。

钨极氩弧焊主要负责1～4层的焊接处理，采用的焊材为φ2.5mm的ENiCrMo—3，在70～80A的正接电流、16～20V的电压下，按照4～6cm/min的焊接速度进行焊接。焊条电弧焊主要负责5～10层的焊接处理。其中5～7层采用的焊材为φ3.2mm的ENiCrMo—3，在70～100A的正接电流、21～23V的电压下，按照15～19cm/min的焊接速度进行焊接；8～10层采用的焊材为φ4.0mm的ENiCrMo—3，在90～120A的正接电流、22～24V的电压下，按照18～22cm/min的焊接速度进行焊接。在实际的焊接过程中，技术人员不仅要遵循上述参数，还要注重以下焊接要点：

（1）在焊接过程中。技术人员需要保障焊接的焊透性及融合性，避免焊接过程中出现较大的摆动，始终保持短电弧和较小的线能量，有助于焊接质量的保障。要注意的是，因为应用的线能量偏小，所以在氩弧焊焊接结束后，需要对焊接部位进行渗透检查，避免焊肉过薄导致裂纹的出现。在钨极氩弧焊的4层焊接及渗透检查合格后，才可以进行焊条电弧焊。焊条电弧焊焊接结束后，需要全面清理焊缝部位，并进行渗透检查。

（2）在应用钨极氩弧焊工艺时。技术人员要在焊件背部应用充氩保护措施，在复合金属材料的坡口内部粘贴水溶性纸，逐渐增加管道内的氩气流量，将管道内的空气排出，当空气全部排出后开始施焊。在焊接过程中，需要减小氩气的流量，避免管道内的氩气过多，导致焊接部位出现内凹或者没有焊透等质量问题。

（3）在应用焊条电弧焊工艺时。技术人员要注重引弧以及收弧的质量。在进行镍合金的焊接过程中，很容易在收弧时出现弧坑裂纹。因此，技术人员要在收弧过程中将弧坑填满，如果收弧后发现弧坑中存在裂纹，可以采用打磨的方法处理裂纹，提升焊接的质量。

3.3 焊接质量分析

在焊接结束后，采用射线检测方法及水平度测量方法，对焊接质量进行检测。射线检测方法共拍片24张，所有内容均显示焊接合格，有19张属于Ⅰ级片、5张属于Ⅱ级片，表明本次焊接合格率高达100%；水平度检测方法显示，水平度的偏差值为2mm，小于标准规范中要求的3mm。由此可知，采用堆焊镍合金过渡的方法进行复合金属材料的焊接，可以有效保障焊接的质量，实现重叠式高压换热器的高质量安装。