氨蒸發(fā)器的焊接制造

孫志云　齊　浩　郝娟紅

（開封空分集團有限公司，河南　開封　475002）

氨蒸發(fā)器的焊接制造

孫志云齊浩郝娟紅

（開封空分集團有限公司，河南開封475002）

結(jié)合氨蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特點及焊接難點，制定合理的焊接工藝方案，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┘罢_的焊接規(guī)范，既可保證焊縫的質(zhì)量，又可提高生產(chǎn)效率，獲得滿意的制造效果。

奧氏體不銹鋼焊接；焊條電弧焊；管與管板焊；GTAW焊

開封空分集團有限公司為國內(nèi)某化工公司生產(chǎn)的氨蒸發(fā)器是流程中的關(guān)鍵設(shè)備，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、要求較高，且開封空分集團有限公司對該類設(shè)備是第一次制造，制造難度很大。為了保證該產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，在焊接過程中采取了一定的措施，避免了產(chǎn)品制造中的焊接缺陷，使該產(chǎn)品順利完工。

1　結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計要求

1.1結(jié)構(gòu)特點

氨蒸發(fā)器的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。該設(shè)備為Ⅱ類壓力容器，屬列管式換熱器。主體材料為奧氏體不銹鋼S30408，殼體厚度為18mm，直徑φ1 500mm；芯子部分是由900根φ12×1.5的S30403換熱管與管板連接而成；管板材料為S30408Ⅱ，厚度為95mm。

圖1　氨蒸發(fā)器的外形結(jié)構(gòu)

1.2設(shè)計技術(shù)要求

①殼體A、B類焊縫按NB/T47013.2-2015標(biāo)準(zhǔn)作100%X射線檢測，符合Ⅱ級要求為合格；對管側(cè)A、B類焊縫進(jìn)行20%X射線檢測，達(dá)Ⅲ級要求為合格；對受壓角焊縫進(jìn)行滲透檢測，符合NB/T47013.5-2015標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級要求為合格。②換熱管與管板脹接后再焊，并進(jìn)行滲透檢測，符合NB/T47013.5-2015標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ級要求為合格。

2　焊接特點

2.1殼體的焊接

外殼焊縫主要由筒體縱縫、環(huán)縫、接管與偏心錐殼的焊縫組成，為了保證管束能順利進(jìn)入殼體，保證殼體與偏心錐殼的同心度與橢圓度在保證錯邊量不超標(biāo)的前提下，校正中心線，焊接時要求焊縫成形均勻，焊縫質(zhì)量滿足設(shè)計要求，內(nèi)部清潔度高。由于不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小、熱膨脹系數(shù)大，容易產(chǎn)生變形，必須嚴(yán)格控制筒體變形，根據(jù)不銹鋼的焊接特點［1］，焊接時應(yīng)注意容易出現(xiàn)的以下問題。

2.1.1焊縫的晶間腐蝕。在晶界中容易析出鉻的碳化物，形成貧鉻的晶界邊界，如果該區(qū)恰好在焊縫表面并與腐蝕介質(zhì)接觸時，則將產(chǎn)生晶間腐蝕。為防止焊縫晶間腐蝕，用含Ti或Nb穩(wěn)定的奧氏體焊接材料。

2.1.2熱影響過熱區(qū)的刀蝕。造成該區(qū)晶粒邊界的貧鉻現(xiàn)象，在一定腐蝕介質(zhì)作用下，將從表面開始產(chǎn)生晶間腐蝕，直到形成刀狀腐蝕的破壞。對此，可采用超低碳穩(wěn)定化奧氏體母材將減輕刀蝕現(xiàn)象。

2.1.3焊接接頭應(yīng)力腐蝕破裂。影響奧氏體不銹鋼焊接接頭應(yīng)力腐蝕的因素，有焊接區(qū)的殘余應(yīng)力、焊縫鑄造組織以及在接頭區(qū)的碳化物析出等。為防止焊接接頭應(yīng)力腐蝕，降低殘余應(yīng)力水平如避免十字交叉焊縫，單V形坡口改用X型坡口，適當(dāng)減少坡口角度，采用較低的焊接線能量，合理布置焊縫的位置和焊接次序等。

2.1.4焊接熱裂紋。一是奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，延長的焊縫金屬在高溫區(qū)停留的時間，因而提高了焊縫在高溫時經(jīng)受的拉伸應(yīng)變。二是焊縫的柱狀晶間存在低熔點薄膜在凝固結(jié)晶后期以液態(tài)膜的形式存在于奧氏體柱狀晶粒之間。在一定拉應(yīng)力下起裂擴展形成晶間開裂。對此，一是要嚴(yán)格控制焊縫中的S、P等雜質(zhì)元素的含量；二是要提高焊縫中的含Mn量；三是要提高焊接熔池的冷卻速度，工藝上采取相應(yīng)措施加快熔池冷卻，如短弧焊、低線能量、窄焊道技術(shù)等。

2.2換熱管與管板的焊接

焊接接頭要求焊縫根部熔合良好，必須嚴(yán)格控制熔池形狀，使焊接接頭形成完整的熔池，又不使管口出現(xiàn)過大內(nèi)縮，焊接過程中管端易向內(nèi)翻邊，無法將管子與管板焊接在一起，主要是管與管板裝配后有一定的間隙，管板厚而管子薄，焊接時管板孔邊緣還未熔化而管子已熔化，從而造成管子向內(nèi)翻邊無法形成焊接熔池，由于奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱率僅為碳鋼的1/2左右，更易產(chǎn)生管端向內(nèi)翻邊，為適應(yīng)不銹鋼薄壁管與管板的焊接，須采用GTAW焊方法，保證焊縫的內(nèi)在質(zhì)量和滿意的焊縫成形。

3　焊接難點及采取的工藝和規(guī)范

3.1殼體的焊接

3.1.1主殼體的焊接難點之一。偏心錐體與主筒體的焊接是一個難點，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。因錐體端部很難加工，其對接難度大，很容易出現(xiàn)未熔合、咬邊等焊接缺陷。針對此條焊縫，采用手工焊條電弧焊焊接，根據(jù)焊接工藝要求，用E308-16（A102）焊條施焊。

圖2　錐體與短節(jié)焊接結(jié)構(gòu)

首先對修整好坡口的焊縫對裝并點固，保證預(yù)留間隙，采用φ4mm焊條點焊，定位焊縫長度50～100mm，以保證不被拉裂。施焊前清除坡口及其母材兩側(cè)表面20mm范圍內(nèi)的氧化物、油污、熔渣及其他有害雜質(zhì)，使用的焊條必須烘干并保溫使用，施焊時控制低的層間溫度，以防止熱影響區(qū)晶粒長大及碳化物的析出。

3.1.2主殼體的焊接難點之二。短節(jié)與管板結(jié)構(gòu)如圖3所示，因厚度懸殊太大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很容易出現(xiàn)夾渣、裂紋、咬邊等焊接缺陷。為保證焊接質(zhì)量，施焊時適當(dāng)運條，讓電弧對準(zhǔn)管板一側(cè)，層間徹底清渣并保證層間溫度，蓋面時讓焊縫圓滑過渡到母材。

圖3　短節(jié)與管板焊接結(jié)構(gòu)

3.2換熱管與管板的焊接

換熱管與管板焊接的成敗影響到整個換熱器的產(chǎn)品質(zhì)量。因換熱管直徑12mm，壁厚度僅為1.5mm，管板厚度達(dá)95.0mm，管端伸出管板的長度為1.0～1.5mm。因此，這1 800個接頭成為芯子組的難點。設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　管-管板接頭形式

管板與管的焊接采用手工GTAW焊方法，焊接過程中熔池金屬高溫停留時間短，金屬冷卻快，能量集中，利于調(diào)整焊接能量和控制熔池形狀，使焊縫一周的成形均勻。因管壁較薄，焊接時一定要控制好手法，讓電弧對準(zhǔn)管板一側(cè)。施焊時不用添加焊絲，用伸出的管端與管板自熔。

3.3實際效果

經(jīng)過以上方法焊接的焊縫，全部達(dá)到實際要求。

4　結(jié)論

①針對奧氏體不銹鋼的焊接特點，采用最佳的焊接結(jié)構(gòu)形式和合適的焊接工藝，并合理安排焊接順序，采取控制焊接熱量的方法施焊，可以保證焊接質(zhì)量。

②對于異厚接頭形式，把握好運條方法，采用合適的焊接工藝可以減少焊接缺陷。

③利用GTAW焊接方法可精確控制焊接熱輸入的特點及適當(dāng)?shù)墓芏松斐龀叽?，運用合適的焊接手法手工焊接管與管板焊縫，可達(dá)到滿意的效果。

The Welding Manufacture of Ammonia Evaporator

Sun ZhiyunQi HaoHao Juanhong
（Kaifeng Air Separation Group Co.Ltd.，Kaifeng Henan 475002）

Combined with the structural characteristics of the ammonia evaporator and welding difficulty，reasonable welding process was formulated，and took appropriate technical measures and correct welding specification，which can ensure welding quality and improve production efficiency and obtain satisfactory effect.

austenitic SS welding；electrode arc welding；tube and tube-sheet welding；GTAW welding

TQ05

A

1003-5168（2016）05-0075-02

2016-04-24

孫志云（1967-），女，工程師，研究方向：壓力容器制造工藝。

［1］于啟湛，史春元.不銹鋼的焊接［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.