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針對304不銹鋼換熱管與Q345R管板的異種鋼焊接接頭的焊接特點，制定出相應(yīng)的焊接工藝。并通過焊接試驗，進(jìn)行了金相檢驗，其結(jié)果均滿足產(chǎn)品技術(shù)條件和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。從而證明，制定的焊接參數(shù)可以滿足該產(chǎn)品的焊接要求。

1.概述

我公司為某氨綸制造企業(yè)生產(chǎn)了一臺大型冷凝器，其管程的最高工作壓力為0.3MPa，工作溫度為45℃。殼程的最高工作壓力為0.55MPa，工作溫度為60℃。冷凝器的工作介質(zhì)分別為水和腐蝕性氣體。因管程介質(zhì)的腐蝕性強，所以選用了φ19mm×2mm，材質(zhì)為0Cr18Ni9的換熱管；管板材質(zhì)是Q345R，厚度為40mm。因此形成了換熱管與管板為異種材質(zhì)的焊接接頭。

由于這種異種材質(zhì)的焊接接頭焊接時容易出現(xiàn)大量的焊接裂紋，可能導(dǎo)致焊接失敗。為了保證獲得可靠的焊接接頭，我們查閱了有關(guān)資料，并根據(jù)以往其他類似材料的焊接經(jīng)驗，初步制定出預(yù)焊接工藝規(guī)程表：決定管板與換熱管采用手工氬弧焊點固焊，焊接接頭的第一層采用全自動自熔TIG直流/脈沖焊；經(jīng)檢驗合格后，焊接接頭的第二層再使用全自動送絲TIG直流/脈沖焊進(jìn)行焊接；填充焊絲選用H12Cr24Ni13Si。為驗證該焊接工藝能否達(dá)到產(chǎn)品要求，在產(chǎn)品正式焊接前，進(jìn)行了焊接工藝試驗。

管板焊接過程中的主要問題

（1）Q345R管板與304不銹鋼換熱管是不同的材質(zhì)，兩種材質(zhì)的力學(xué)性能和化學(xué)性能差異比較大，與同種材質(zhì)的焊接相比，進(jìn)行不同材質(zhì)之間的焊接，無論從焊接機理和操作方法上都比相同材質(zhì)的焊接要復(fù)雜的多。在焊接過程中，這兩種金屬相連接，必定會產(chǎn)生與母材性能不同的過渡層，產(chǎn)生的合金元素和結(jié)晶的條件都會發(fā)生變化。焊接接頭熱影響區(qū)中可能在晶界上析出Cr的碳化物及由焊接殘余應(yīng)力而引起的焊接接頭晶間腐蝕，同時在焊縫冷卻過程中，容易出現(xiàn)裂紋和較大的焊接殘余應(yīng)力。這些影響因素對良好焊接接頭的形成和焊接質(zhì)量都有著密切的關(guān)系。

（2）異種材質(zhì)的焊接時焊接接頭可能會產(chǎn)生一些問題第一，焊接區(qū)、熔合區(qū)塑性降低，會導(dǎo)致焊接接頭的力學(xué)性能降低。第二，易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。第三，焊接接頭的熱裂紋。不銹鋼材料的熱導(dǎo)率小，線膨脹系數(shù)大，具有較高的熱裂紋敏感性，在焊接接頭處及接頭區(qū)都有產(chǎn)生熱裂紋的可能。第四，焊接接頭的脆化。不銹鋼與碳鋼焊接時，由于焊接材料不匹配或焊接參數(shù)選擇不當(dāng)，易造成焊接接頭金屬的脆化。熔合比的變化，對耐蝕性的影響。

（3）防止異種材質(zhì)的焊接接頭產(chǎn)生焊接缺陷的措施：第一，進(jìn)行焊接時，管孔和換熱管的焊接表面應(yīng)清理干凈，不得有影響焊接的毛刺、鐵屑、銹斑、油污等，以防止產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷。第二，提高保護(hù)氣體的純度。第三，采用過渡層，以防止碳的遷移。第四，合理選用焊接材料及焊接參數(shù)。

焊接工藝試驗

（1）按照GB/T151—1999《管殼式換熱器》附錄B的有關(guān)規(guī)定和產(chǎn)品圖樣的要求制作焊接試板。試板材料Q345R，換熱管材料0Cr18Ni9，焊接試板如圖1所示。

（2）根據(jù)母材的化學(xué)成分和焊絲的選用原則，在保證焊縫金屬的抗裂性能和力學(xué)性能的前提下，一般會選用鉻、鎳含量較高的焊接材料。結(jié)合以往的經(jīng)驗，決定選用H12Cr24Ni13Si焊絲進(jìn)行填充焊接，焊絲直徑為0.8mm。母材熔敷金屬化學(xué)成分如表1所示，焊絲熔敷金屬化學(xué)成分如表2所示。

（3）管板焊接工藝試驗。進(jìn)行焊接工藝試驗前，應(yīng)將試板表面和換熱管管頭及附近區(qū)域打磨干凈，不能有影響焊接質(zhì)量的油、水、銹等污物。管板焊接坡口形式的選擇應(yīng)考慮焊槍、鎢極的可達(dá)性，保證焊接接頭的熔深和焊縫的表面形狀。換熱管與管板的焊接，首先采用手工氬弧焊點焊時要嚴(yán)格控制焊接熱輸入，防止點焊時損壞管頭，以便影響焊接接頭質(zhì)量，鎢極直徑2.4mm，噴嘴直徑14mm。正式焊接時，使用全自動TIG直流/脈沖焊，采用自熔的方法焊接第一道。經(jīng)檢驗合格后，再采用全自動送絲TIG直流/脈沖焊焊接第二道。第二道焊縫的起弧點應(yīng)與第一道焊接接頭錯開180°；焊接終了時，應(yīng)多加些焊絲，然后慢慢拉開，防止產(chǎn)生過深的弧坑。焊接過程應(yīng)選用較小的熱輸入，以防止裂紋等缺陷的產(chǎn)生。焊接操作必須嚴(yán)格按焊接工藝執(zhí)行。焊接參數(shù)如表3所示。焊接接頭形式如圖2所示。

焊接試板的檢驗

（1）滲透探傷試板焊后進(jìn)行表面滲透檢測，未發(fā)現(xiàn)裂紋，表面氣孔等缺陷，按J B/T4730.5—2005《承壓設(shè)備無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)I級的規(guī)定，該試件滲透檢測結(jié)果合格。

（2）宏觀檢查按照GB/T 151-1999《管殼式換熱器》附錄B的相關(guān)要求，對管板試件的4個剖面進(jìn)行了宏觀檢查，8個觀察面未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷；焊接接頭填充飽滿，H值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（H≥1.42×2=2.84mm），宏觀檢查結(jié)果如表4所示。

5.結(jié)語

通過對304不銹鋼換熱管與Q345R管板的異種材質(zhì)焊接接頭的焊接試驗，采用H12Cr24Ni13Si焊絲，全自動TIG直流/脈沖焊焊接，焊接試件經(jīng)宏觀檢查試驗，焊接接頭可以滿足產(chǎn)品技術(shù)條件及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。解決了管板焊接過程中的主要問題，經(jīng)過焊接性分析和焊接工藝評定，確定了合理的焊接參數(shù)和工藝措施，實際焊接中獲得了優(yōu)良的焊接接頭。

采用上述工藝對冷凝器管束進(jìn)行焊接，焊接接頭表面成形良好；按圖樣規(guī)定對管束進(jìn)行水壓試驗，試驗壓力2.6MPa，試壓過程中無滲漏，試壓一次合格。所焊管束投產(chǎn)至今兩年來一直運行正常，從而證明按試驗所得的焊接工藝是可行的，完全能夠滿足產(chǎn)品的焊接質(zhì)量要求。