GH35 合金大型換熱器制造關鍵技術研究

王強強

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

換熱器長期在高溫高壓下使用，對設備材料要求高，選用GH35 高溫鎳合金作為反應器材料，GH35 合金材料由于具有優(yōu)異的高溫力學性能和耐腐蝕性能，目前已廣泛應用于工業(yè)和石化行業(yè)。在這種高參數(shù)高壓下，國內許多生產裝置缺乏相應的生產經驗，產品安全和質量無法保證，生產中經常出現(xiàn)問題，因此有必要對此類材料和大家電的制造工藝進行審查，以提高產品的安全性和質量，優(yōu)化和改進生產工藝。

1 GH35 合金開裂機理分析

GH35 合金由于其再生性能，在焊接過程中極易開裂，成為承壓設備中最危險的缺陷，因此是大型換熱器生產過程中重要的質量控制內容。

許多科學家對GH35 合金材料的焊接性能進行過研究，一般認為GH35 合金線膨脹系數(shù)高，鎳易消化硫和磷，在焊接過程中容易分離出一些雜質和低熔點物質，導熱系數(shù)低、熔點低、流量小，在晶界處堆積，易產生熱裂紋，使生產質量失去控制。國內幾臺生產這種換熱器的換熱器就出現(xiàn)過這類故障，幾乎就是這種故障導致的：主焊縫在水壓試驗過程中出現(xiàn)裂紋，經多次修補后仍無法解決。圖1 和圖2 分別為GH35 合金換熱器制造過程中主接管燈絲焊和對接焊的裂紋缺陷。

圖1 設備接管角焊縫裂紋

圖2 主體環(huán)焊縫貫穿性裂紋

2 焊接質量控制

焊接前應進行焊接工藝評定，焊接應以焊接工藝評定為基礎。應根據(jù)焊接機理采用適當?shù)暮附庸に?，以?yōu)化焊接工藝并檢查焊接裂紋。

2.1 區(qū)域準備

（1）為保證物種的良好聚集性，應加大溝道角度、減小根緣厚度，避免過熱，不能通過增加焊接流量來改善液態(tài)金屬的流動。

（2）為保證良好的混合，厚板產品應選擇雙U形區(qū)，坡口加工應采用熱效應較小的機械加工或等離子切割。

（3）焊接前，應將實體及其周圍區(qū)域清理干凈，并浸泡在20 mm 深的水中。

2.2 焊接材料

高鎳含量提高了熔敷金屬的耐熱性和耐腐蝕性，焊接材料為Ernicr-3 和Ernicr-2 的焊絲和焊條，嚴格控制硫、磷等焊接材料的含量，減少冷卻時焊縫中的雜質含量，減少晶界處的沉積，減少焊條熱裂傾向（圖3）。

圖3 對接焊接接頭

2.3 焊接方法

焊接方法一般應考慮質量控制和焊接效率。手工焊接采用涂層焊接，埋弧焊焊接，由于散熱困難、安全系統(tǒng)高、壓力集中，采用小電流TIG（鎢極惰性氣體保護焊）方法焊接整個噴嘴圓角，也可與氬弧焊、手工焊、水下電弧焊相結合。

2.4 焊接措施

采取的焊接措施有：焊接時采用水管冷卻容器壁，加快冷卻速度；在焊接過程中應采用紅外測溫儀進行交互式測溫；焊接過程中冷卻水管容器壁；篩分過程應盡量少用能量（低電壓、低電流、高焊接速度、多層焊接）；內部溫度應嚴格低于標準溫度；應使用短卡，電極應正確傾斜，擺動不應超過電極直徑的2.5 倍，焊接時盡量采用平焊位置。

2.5 缺陷糾正

在GH35 合金大型換熱器的生產中，缺陷的糾正也是一個重點，由于材料經過焊接金屬化處理，再焊接降低了材料的焊接性，在修復過程采用專用不銹鋼磨盤進行打磨。另外，為避免熱裂紋，宜采用氬弧焊。

3 生產過程中的破壞性試驗

針對這些產品焊接過程中熱裂紋的特點，確定了針對性的無損檢測策略。

3.1 焊接工藝無損檢測驗證

這些材料易開裂，發(fā)現(xiàn)裂紋臺階、大量修補、重板裝置焊接后難以修復，無損檢測焊接方法的應用已納入質量控制范圍，如AB 級雙U 后焊，應在每個焊縫焊接后進行滲透檢測，并及時打磨和糾正表面誤差。氬弧焊完成后，在焊接過程中引入NDIT 中心質量控制的優(yōu)點是可以及時發(fā)現(xiàn)焊接過程中的缺陷，對部分焊縫進行了識別手工焊和自動浸弧焊的NDIT 工藝是相同的，方便裂縫定位和修復。此類設備通常要求對AB 類焊縫進行100%射線照相試驗，并要求對CD 類焊縫進行100%射線照相試驗。

由于厚度等原因，部分負膜質量可能不完全滿足射線焊接工藝試驗相關標準的要求，但作為質量控制項目，它具有重要作用：可以大大減少維修次數(shù)，避免大面積維修以及多次維修導致材料性能惡化，避免裂紋無法修復，減少生產故障。

3.2 提高無損檢測靈敏度

如果X 射線不能穿透壁厚，應首選X 射線機作為X 射線輻射源。如果X 射線不能穿透壁厚，則應首選Ir-192 光源而不是Co60，以提高X 射線檢測的靈敏度。為提高證據(jù)的誤碼率，應考慮影響證據(jù)敏感性的因素，以提高證據(jù)的敏感性。結果表明，提高了檢測靈敏度和缺陷的最低檢出率，避免了微裂紋等危險缺陷的排除，保證集裝箱的安全和質量。

3.3 增加無損檢測方法和次數(shù)

為提高缺陷檢出率，應增加無損檢測次數(shù)，在容器生產過程中廣泛采用無損檢測方法。除了滲透試驗方法外，還可以采用有毒、相射線、聲發(fā)射等先進的無損檢測方法來檢測此類裝置的裂紋。壓力試驗結束后，應選擇一些焊縫進行試驗，并選擇一定比例進行試驗。除了傳統(tǒng)的無損檢測方法外，在焊接過程中還可以用增加超聲波方法來控制表面質量。

4 熱處理質量控制

JB 4756—2006《鎳及鎳合金制換熱器》規(guī)定，含有鎳及鎳合金的換熱器必須經過焊后處理或熱穩(wěn)定處理，鈦和鈮可以在敏感溫度區(qū)沿晶界完全形成非常穩(wěn)定的碳化鈦和碳化鈮以及Cr23C6 的沉積，GH35 合金的耐晶腐蝕性能得到了提高。

局部熱處理通常采用耐用的線材加熱方法，還應配備自動溫度記錄裝置，以符合相關標準。有些裂紋是由于熱處理不當，特別是局部熱處理不當引起的。換熱器的熱處理可分為不可分割的熱處理和局部熱處理，嚴格控制氣體中硫含量在0.57 g/m3以下；如果用油爐加熱，油的硫含量應低于0.5%，以免損壞對設備有害的雜質。由于窯內熱處理的整體效果良好，應首選整個熱處理，在條件允許的情況下，嚴格按照GB 150—2011《鋼制壓力容器》和JB 4756—2006 標準制定和應用合適的熱處理工藝參數(shù)，對整個爐的熱處理，宜采用電爐而非煤爐。具有自動溫度記錄裝置和其他適當?shù)脑O備和設備。因此，設備熱處理后應進行無損檢測和抽查。

5 熱加工質量控制

厚板的頭部通常通過加熱來制造，頂置加熱過程的質量控制要點是通過初、終沖壓的溫度和變形速率來控制的。動態(tài)再生發(fā)生在975～1100 ℃區(qū)域，熱變形后的顯微組織均勻，為最佳熱加工范圍：為避免C23C6 在奧氏體不銹鋼敏感區(qū)的界面間沉積，加熱溫度不應影響材料的物理狀態(tài)；溫度必須低于1050 ℃；溶液溫度和停止點溫度不得低于870 ℃。一般情況下沖壓兩次后必須放置在緊靠地面的冷水池中，由于熱壓縮成形變形大，冷卻水后必須進行無損檢測，以避免頭部焊縫斷裂。

6 結論

在尖銳裂紋的控制下，GH35 合金大型換熱器制造難度提高。根據(jù)材料特點、裂紋產生機理及相關標準的要求，提出了質量控制措施，并成功應用于多個大型GH35 合金換熱器的制造。