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    0引言

    換熱器是在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞過(guò)程的一種設(shè)備。它是化工、煉油、動(dòng)力、原子能和其他許多工業(yè)部門(mén)廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備對(duì)于迅速發(fā)展的化工、煉油等工業(yè)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，換熱器尤為重要換熱器就是用來(lái)進(jìn)行各種不同熱過(guò)程傳遞的設(shè)備．通過(guò)這種設(shè)備．以便使熱量從溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體．以滿(mǎn)足工藝上的需要總之．換熱器在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用是十分廣泛的．任何化工生產(chǎn)企業(yè)幾乎都離不開(kāi)它。在換熱設(shè)備中．應(yīng)用最廣泛的是管殼式換熱器目前這種換熱器被當(dāng)作為一種傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)換熱器．在許多工業(yè)部門(mén)中被大量地使用尤其在化工生產(chǎn)中．無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，它在所有的換熱設(shè)備中．仍占主導(dǎo)地位。各種換熱器廣泛地應(yīng)用在石油化工、化學(xué)動(dòng)力等的工業(yè)生產(chǎn)中換熱器是這些生產(chǎn)流程中的重要組成部分在換熱器的制造中．為了免除一些焊縫的熱處理．存在著大量異種材料的焊接接頭由于異種材料在物理性能方面如熔化溫度、熱導(dǎo)率、線(xiàn)膨脹系數(shù)和電阻系數(shù)等方面存在明顯差異．所以其焊接具有一定的難度某高壓換熱器為雙殼程結(jié)構(gòu)型．其連通接管為14Cr1MoR珠光體耐熱鋼端面堆焊鎳基的異種材料結(jié)構(gòu)形式由于這幾條焊縫是在產(chǎn)品完成最終焊后熱處理之后進(jìn)行焊接的．而使用鎳基材料焊接則可以免去熱處理．所以焊縫的填充金屬最終選擇使用Inconel625合金材料

    1試驗(yàn)材料14Cr1MoR鋼屬于珠光體耐熱鋼．具有良好的塑性、抗氫腐蝕能力、抗氧化能力和較好的焊接性能。因此．該鋼常用來(lái)制造各類(lèi)臨氫設(shè)備和換熱器等石油化工的煉制設(shè)備其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表1和表2

14CR1MOR鋼化學(xué)成分

    從表1，表2可以獲知．14Cr1MoR鋼具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊吸收功．并且合金元素含量較多，具有較高的淬硬傾向。因此，焊前需進(jìn)行預(yù)熱，焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱處理焊后熱處理不僅消除焊接殘余應(yīng)力．更重要的是使接頭各區(qū)的組織穩(wěn)定化．保證焊接接頭的性能鐵鎳基合金物理性能具有以下特點(diǎn)：①熔點(diǎn)低；②線(xiàn)膨脹系數(shù)介于奧氏體不銹鋼與碳素鋼之間，這也是其可以用來(lái)作為奧氏體不銹鋼與碳素鋼之間異種材料焊接的焊接材料的重要原因之一：③熱導(dǎo)率比碳素鋼的熱導(dǎo)率低得多．而比電阻卻比碳素鋼的比電阻高得多．這一點(diǎn)直接影響其焊接性和焊接工藝參數(shù)的選擇鎳基耐蝕合金具有優(yōu)良的耐熱和耐蝕性．在石油化工、電力和宇航等行業(yè)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣要求．連通接管端面的隔離層和焊縫部分的填充金屬使用Inconel625合金的焊接材料進(jìn)行焊接。根據(jù)ASME規(guī)范第Ⅱ卷材料C篇：In．conel625合金使用的焊材分別為：焊條電弧焊焊條的型號(hào)為ENiCrMo一3：手工氬弧焊焊絲的型號(hào)為ERNiCrMo一3其中焊條ENiCrMo一3熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表3和表4

ENICRMO-3焊條熔敷金屬化學(xué)成分

    從表3．表4可以看出．Inconel625合金具有高的強(qiáng)度、優(yōu)良的耐熱和耐腐蝕性，其在石油石化類(lèi)容器和換熱器中應(yīng)用十分廣泛。

    2焊接工藝評(píng)定按照NB／T47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》的要求，試板材質(zhì)為14CrlMoR鋼，試板厚度為30mm，長(zhǎng)度和寬度滿(mǎn)足取樣要求。工藝評(píng)定試板接頭形式示意圖如圖1所示。

工藝評(píng)定試板接頭形式

堆焊焊接材料及焊接工藝參數(shù)

組焊焊接材料及焊接工藝參數(shù)

    2．1堆焊隔離層在14CrlMoR鋼上堆焊Inconel625合金隔離層．考慮到母材和母材對(duì)堆焊層金屬有稀釋作用．為了防止產(chǎn)生焊接裂紋，堆焊第1層Inconel625合金之前需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度≥100．堆焊后緩冷即可。在堆焊完第1層Inconel625合金后．其余各層均采用冷焊工藝，并注意控制道間溫度堆焊過(guò)程中，盡可能采用小的焊接工藝參數(shù)、短弧和較快的焊接速度，其中焊接工藝參數(shù)需嚴(yán)格按照表5中的規(guī)定執(zhí)行試板堆焊后，按JB／T4730--2005《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》中的規(guī)定進(jìn)行100％PT，100％UT探傷檢測(cè)．合格等級(jí)為I級(jí)。探傷合格后，試件按NB／T47015--2011《壓力容器焊按規(guī)程》中的規(guī)定，14CrlMoR鋼的熱處理溫度為650～690℃．保溫時(shí)間為6h。進(jìn)行熱處理后，試件按照?qǐng)D1所示的坡口形式加工坡口

    2．2組焊產(chǎn)品圖樣要求結(jié)構(gòu)的焊縫為全焊透焊縫．由于焊縫背面無(wú)法進(jìn)行清根操作．該試板采用鎢極氬弧焊+焊條電弧焊進(jìn)行焊接為了保證焊縫背面的成形質(zhì)量和不被氧化．在焊接時(shí)焊件背面使用氬氣進(jìn)行保護(hù)在施焊過(guò)程中．焊接工藝參數(shù)嚴(yán)格按照表6中的規(guī)定執(zhí)行鎳基合金材料的焊接具有以下特點(diǎn)：

    ①鎳基耐蝕合金具有較高的熱裂紋敏感性．產(chǎn)生熱裂紋的原因有冶金因素和工藝因素．其中冶金因素起主導(dǎo)作用；

    ②對(duì)焊接表面的雜質(zhì)元素敏感，焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)使焊接表面保持清潔；

    ③對(duì)焊接熱輸入敏感，焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)限制焊接熱輸入．防止晶粒長(zhǎng)大和產(chǎn)生熱裂紋等焊接缺陷；

    ④液態(tài)熔敷金屬流動(dòng)性差和焊縫金屬熔深淺根據(jù)上述鎳基合金材料的特點(diǎn)．為了防止產(chǎn)生熱裂紋和氣孔等焊接缺陷。在焊接過(guò)程中，需要采取一定的工藝措施來(lái)保證焊接的質(zhì)量具體措施如下：

    (1)由于鎳基焊接材料對(duì)焊件表面的油污、濕銹及含有S．Ph等雜質(zhì)的危害更為敏感。所以焊接前一定要徹底清理待焊接區(qū)表面。用砂輪將焊接坡口表面及坡口兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)進(jìn)行打磨．直到露出金屬光澤，并使用丙酮或酒精溶液進(jìn)行清洗。經(jīng)過(guò)這些處理可以保證焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷

    (2)焊接前對(duì)焊絲表面進(jìn)行化學(xué)或機(jī)械清理，去除已氧化的端部。焊接時(shí)，應(yīng)使焊絲不要從保護(hù)氣中露出

    (3)焊條在使用前要充分烘干，烘干溫度一般在250～350℃，保溫2h。

    (4)焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)使用小電流、短弧操作，運(yùn)條時(shí)焊條不作橫向擺動(dòng)．并使用盡可能快的焊接速度

    (5)焊完1道后，要待工件冷卻至不燙手時(shí)方可再焊下1道嚴(yán)格控制道間溫度．一般道間溫度應(yīng)控制在100oC以下

    (6)為防止弧坑裂紋．每根焊條焊完后需將弧坑處打磨：終斷弧時(shí)，一定要將弧坑填滿(mǎn)或把弧坑引出工藝評(píng)定試板的對(duì)接焊縫焊接完成后．按JBFF4730--2005進(jìn)行100％PT及100％RT探傷．合格等級(jí)分別為I級(jí)和Ⅱ級(jí)

    2．3工藝評(píng)定結(jié)果分析在焊接試樣探傷合格后．按照NB／T47O14—2011《承壓設(shè)備用焊接工藝評(píng)定》中的要求，對(duì)焊接試樣進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)和14Cr1MoR鋼側(cè)的熱影響區(qū)的沖擊試驗(yàn)．具體的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7

力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

    從表7焊接試樣試驗(yàn)結(jié)果可以看出．抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足了母材抗拉強(qiáng)度的要求．并具有較高的強(qiáng)度儲(chǔ)備14CrlMoR鋼的熱影響區(qū)沖擊試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足沖擊韌度的要求．并且與母材的沖擊性能接近．基本沒(méi)有降低．證明在堆焊完Inconel625合金后進(jìn)行最終焊后熱處理．對(duì)熱影響區(qū)性能起到改善作用采用Inconel625合金焊接時(shí)．在焊接過(guò)程中對(duì)14Cr1MoR鋼的性能沒(méi)有產(chǎn)生不利的影響．證明隔離層起到作用且工藝參數(shù)合理彎曲試驗(yàn)結(jié)果表明在焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)不存在焊接缺陷．且焊縫的韌性沒(méi)有降低．說(shuō)明所采取的焊接工藝措施可行，并能獲得滿(mǎn)足要求的焊接接頭

    3結(jié)論

    (1)根據(jù)鎳基合金材料所具有的特點(diǎn)，在對(duì)其進(jìn)行焊接時(shí)采取合理措施．并嚴(yán)格按照工藝的要求執(zhí)行．能夠有效防止焊接缺陷的產(chǎn)生．并獲得滿(mǎn)足要求的焊接接頭

    (2)焊件經(jīng)無(wú)損檢測(cè)合格后，其拉伸性能、沖擊性能、彎曲性能均能夠滿(mǎn)足要求。

    (3)隨著鎳基材料在換熱器中應(yīng)用的愈加廣泛，該焊接工藝的合理性為同類(lèi)型換熱器的焊接積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。因此，本工藝對(duì)國(guó)內(nèi)換熱器生產(chǎn)廠家具有一定的借鑒意義。

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(2010版)一焊條、焊絲及填充金屬[S]．