重疊式高壓換熱器復(fù)合金屬材料焊接方法研究

姜金鐘

（國(guó)能生物發(fā)電集團(tuán)有限公司東北檢修公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

在重疊式高壓換熱器安裝過(guò)程中，技術(shù)人員需要注重焊接位置的垂直固定，按照橫焊形式進(jìn)行焊接，還需要注重焊接前后的處理工作，其復(fù)合金屬材料的焊接難度和作業(yè)強(qiáng)度相對(duì)較大，焊接質(zhì)量難以保障。因此，技術(shù)人員需要研發(fā)一種全新的焊接方法，簡(jiǎn)化復(fù)合金屬材料的焊接流程，保障重疊式高壓換熱器的安裝質(zhì)量。

1 重疊式高壓換熱器復(fù)合金屬材料的焊接分析

為了提高課題分析的準(zhǔn)確性，將某石化企業(yè)應(yīng)用的重疊式高壓換熱器作為研究對(duì)象，對(duì)其復(fù)合金屬材料的焊接進(jìn)行分析。該石化企業(yè)的換熱器共2組，包括4臺(tái)單體設(shè)備，需要按照每2臺(tái)一組的規(guī)格進(jìn)行上下排列焊接。在焊接過(guò)程中，共有4道焊口，需要應(yīng)用橫焊形式進(jìn)行焊接。重疊式高壓換熱器應(yīng)用的復(fù)合金屬材料分別為12Cr2Mol、TP309L以及TP347，焊接的管道基層厚度分別為D406×21mm及D435×36mm；管道復(fù)層厚度分別為14.5+6.5mm及29.5+6.5mm。由于換熱器采用復(fù)合金屬材料，所以技術(shù)人員需要在焊接前進(jìn)行預(yù)熱處理，并在焊接結(jié)束后進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。對(duì)不同層次的管道（即管道基層、管道過(guò)渡層以及管道復(fù)層），需要應(yīng)用相應(yīng)的焊接方法，該焊接工藝的難度和工作強(qiáng)度偏大，焊接質(zhì)量難以保障，對(duì)換熱設(shè)備的有效應(yīng)用造成不利影響。

基于此，提出一種堆焊鎳合金的焊接工藝，在復(fù)合金屬材料的坡口位置堆焊一層鎳合金作為過(guò)渡層，只需要焊接鎳合金材料即可，不需要再進(jìn)行焊前預(yù)熱處理和焊接后的熱處理，簡(jiǎn)化了焊接流程，在降低焊接難度和工作強(qiáng)度的同時(shí)，保障了焊接的質(zhì)量。應(yīng)用堆焊鎳合金施工工藝可以有效保障重疊式高壓換熱器的水平度，大大提升了換熱設(shè)備的安裝質(zhì)量。

2 重疊式高壓換熱器復(fù)合金屬材料的焊接要求

在進(jìn)行復(fù)合金屬材料的焊接時(shí)，技術(shù)人員需要遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保障焊接的質(zhì)量。本節(jié)主要介紹焊接工藝的一般要求，重疊式高壓換熱器復(fù)合金屬材料的具體焊接要求將在焊接方法中敘述。具焊接工藝的一般要求涉及以下幾點(diǎn)：

（1）焊接人員需要具有焊工資質(zhì)證。本文采用的焊接方法為堆焊，要求焊工具備TSG Z6002—2011要求的資格證；焊接的金屬材料為鎳合金，要求石化企業(yè)嚴(yán)格按照GB 50236—2011對(duì)焊工進(jìn)行考察。只有具備資格證且通過(guò)考察的焊工，才能夠開(kāi)展焊接作業(yè)。

（2）在焊接作業(yè)開(kāi)始前，需要進(jìn)行焊接工藝方案的設(shè)計(jì)與評(píng)定，確保焊接工藝方案符合標(biāo)準(zhǔn)要求及施工規(guī)范，并編制相應(yīng)的焊接工藝指導(dǎo)書，為焊工的具體作業(yè)提供指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)有效的技術(shù)交底，為焊接作業(yè)奠定良好的基礎(chǔ)。

（3）在焊接過(guò)程中，如果遇到雨雪天氣、低溫天氣或者大風(fēng)天氣，需要應(yīng)用篷布罩等防護(hù)裝置，保障焊接的質(zhì)量及安全。低溫天氣是指環(huán)境溫度低于0℃；對(duì)于手工焊工藝來(lái)說(shuō)，大風(fēng)天氣的界定標(biāo)準(zhǔn)為風(fēng)速大于8m/s，對(duì)于鎢極氬弧焊來(lái)說(shuō)，大風(fēng)天氣的界定標(biāo)準(zhǔn)為風(fēng)速大于2m/s。另外，如果空氣相對(duì)濕度大于90%，也需要應(yīng)用篷布罩，保障焊接作業(yè)的正常開(kāi)展。

3 重疊式高壓換熱器復(fù)合金屬材料的焊接方法

3.1 焊接前的準(zhǔn)備

在對(duì)復(fù)合金屬材料進(jìn)行堆焊鎳合金前，技術(shù)人員需要做好焊件（重疊式高壓換熱器的管道）的處理，避免焊件中存在的鉛、硫、磷等低熔點(diǎn)化學(xué)元素，影響鎳合金的焊接質(zhì)量，導(dǎo)致鎳合金出現(xiàn)裂紋。技術(shù)人員需要通過(guò)角向磨光機(jī)進(jìn)行復(fù)合金屬材料坡口的處理，將其內(nèi)外兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的所有雜質(zhì)清理干凈，確保焊件的焊接部位不存在裂紋或者夾層等問(wèn)題，保障焊接的質(zhì)量。

同時(shí)在該石化企業(yè)的生產(chǎn)中，要求其重疊式高壓換熱器的軸向水平度偏差控制在3mm以內(nèi)。在實(shí)際的焊接過(guò)程中，需要對(duì)重疊式高壓換熱器的2個(gè)部位進(jìn)行焊接，為了滿足上述水平度要求，技術(shù)人員需要在焊接前做好重疊式高壓換熱器的處理。技術(shù)人員需要準(zhǔn)備如下幾點(diǎn)：（1）準(zhǔn)確測(cè)量焊接部位的嘴子伸出長(zhǎng)度，確保重疊式高壓換熱器的直線度符合標(biāo)準(zhǔn)；（2）在下方的換熱器安裝完成后，需要及時(shí)測(cè)量其水平度，將其水平度偏差控制在1mm以內(nèi)，避免上方換熱器的焊接振動(dòng)影響整個(gè)換熱器的水平度；（3）在進(jìn)行上方換熱器的焊接時(shí)，需要確保2個(gè)焊接部位的組對(duì)參數(shù)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)才可以施焊，并對(duì)其水平度偏差進(jìn)行測(cè)量，如果這一過(guò)程中的水平度偏差不符合要求，可以調(diào)整另一個(gè)焊接部位的組對(duì)間隙，使水平度的偏差控制在要求范圍內(nèi)；（4）只有在保障重疊式高壓換熱器的水平度滿足標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，才可以施焊，首先焊接管徑相對(duì)較大的焊口，然后將小管徑的焊口位置磨開(kāi)，降低焊口位置的應(yīng)力，再進(jìn)行小管徑的焊接。

3.2 焊接方法分析

在焊接前的準(zhǔn)備工作結(jié)束后，需要按照規(guī)范流程進(jìn)行復(fù)合金屬材料的焊接。本文采用的復(fù)合金屬材料焊接方法為分層分道焊，首先將重疊式高壓換熱器的復(fù)合金屬材料進(jìn)行分區(qū)，分別采用鎢極氬弧焊以及焊條電弧焊方法進(jìn)行焊接。在應(yīng)用焊條電弧焊焊接前，需要做好焊條的處理工作，將其置于300℃的條件下烘烤保溫1h，確保焊條符合焊接標(biāo)準(zhǔn)。在上述石化企業(yè)中，采用的焊材為Income1625、焊條及焊絲為ENiCrMo—3。

鎢極氬弧焊主要負(fù)責(zé)1～4層的焊接處理，采用的焊材為φ2.5mm的ENiCrMo—3，在70～80A的正接電流、16～20V的電壓下，按照4～6cm/min的焊接速度進(jìn)行焊接。焊條電弧焊主要負(fù)責(zé)5～10層的焊接處理。其中5～7層采用的焊材為φ3.2mm的ENiCrMo—3，在70～100A的正接電流、21～23V的電壓下，按照15～19cm/min的焊接速度進(jìn)行焊接；8～10層采用的焊材為φ4.0mm的ENiCrMo—3，在90～120A的正接電流、22～24V的電壓下，按照18～22cm/min的焊接速度進(jìn)行焊接。在實(shí)際的焊接過(guò)程中，技術(shù)人員不僅要遵循上述參數(shù)，還要注重以下焊接要點(diǎn)：

（1）在焊接過(guò)程中。技術(shù)人員需要保障焊接的焊透性及融合性，避免焊接過(guò)程中出現(xiàn)較大的擺動(dòng)，始終保持短電弧和較小的線能量，有助于焊接質(zhì)量的保障。要注意的是，因?yàn)閼?yīng)用的線能量偏小，所以在氬弧焊焊接結(jié)束后，需要對(duì)焊接部位進(jìn)行滲透檢查，避免焊肉過(guò)薄導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。在鎢極氬弧焊的4層焊接及滲透檢查合格后，才可以進(jìn)行焊條電弧焊。焊條電弧焊焊接結(jié)束后，需要全面清理焊縫部位，并進(jìn)行滲透檢查。

（2）在應(yīng)用鎢極氬弧焊工藝時(shí)。技術(shù)人員要在焊件背部應(yīng)用充氬保護(hù)措施，在復(fù)合金屬材料的坡口內(nèi)部粘貼水溶性紙，逐漸增加管道內(nèi)的氬氣流量，將管道內(nèi)的空氣排出，當(dāng)空氣全部排出后開(kāi)始施焊。在焊接過(guò)程中，需要減小氬氣的流量，避免管道內(nèi)的氬氣過(guò)多，導(dǎo)致焊接部位出現(xiàn)內(nèi)凹或者沒(méi)有焊透等質(zhì)量問(wèn)題。

（3）在應(yīng)用焊條電弧焊工藝時(shí)。技術(shù)人員要注重引弧以及收弧的質(zhì)量。在進(jìn)行鎳合金的焊接過(guò)程中，很容易在收弧時(shí)出現(xiàn)弧坑裂紋。因此，技術(shù)人員要在收弧過(guò)程中將弧坑填滿，如果收弧后發(fā)現(xiàn)弧坑中存在裂紋，可以采用打磨的方法處理裂紋，提升焊接的質(zhì)量。

3.3 焊接質(zhì)量分析

在焊接結(jié)束后，采用射線檢測(cè)方法及水平度測(cè)量方法，對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。射線檢測(cè)方法共拍片24張，所有內(nèi)容均顯示焊接合格，有19張屬于Ⅰ級(jí)片、5張屬于Ⅱ級(jí)片，表明本次焊接合格率高達(dá)100%；水平度檢測(cè)方法顯示，水平度的偏差值為2mm，小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中要求的3mm。由此可知，采用堆焊鎳合金過(guò)渡的方法進(jìn)行復(fù)合金屬材料的焊接，可以有效保障焊接的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)重疊式高壓換熱器的高質(zhì)量安裝。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，堆焊鎳合金過(guò)渡的焊接方法，可以有效提升重疊式高壓換熱器復(fù)合金屬材料的焊接質(zhì)量。技術(shù)人員需要根據(jù)重疊式高壓換熱器的各項(xiàng)參數(shù)，合理進(jìn)行焊材的選擇，并明確焊接的各項(xiàng)工藝參數(shù)，嚴(yán)格按照規(guī)范流程進(jìn)行復(fù)合金屬材料的焊接，保障焊接的質(zhì)量及設(shè)備的安裝質(zhì)量。