設(shè)備重疊時(shí)鎳基焊材的運(yùn)用

王菊茹，王恩振，魏廣權(quán)

（營(yíng)口慶營(yíng)石化設(shè)備有限公司，遼寧 營(yíng)口 115000）

重疊設(shè)備的重疊焊接接頭往往需要進(jìn)行爐外局部最終熱處理，為避免熱處理，可以采用價(jià)格昂貴但具有良好耐熱、耐蝕性能的鎳基焊材施焊。我公司為某石化公司制造兩臺(tái)內(nèi)壁全堆焊的2.25Cr－1Mo換熱器，兩臺(tái)換熱器以焊接形式重疊在一起，設(shè)計(jì)要求采用鎳基焊材堆焊坡口，制造前按照 JB4708－2000進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，確定了重疊口的焊接工藝。重疊換熱器的大體結(jié)構(gòu)，見圖1。

圖1 重疊換熱器的大體結(jié)構(gòu)

1 焊接性分析

我公司購(gòu)買由日本神戶制鋼生產(chǎn)的2.25Cr－1Mo鋼板，它屬珠光體耐熱鋼，具有很好的抗氧化性和熱強(qiáng)性，最高工作溫度可高達(dá)600 ℃，廣泛應(yīng)用于石油工業(yè)和化學(xué)工業(yè)，是目前用于煉油廠最佳的抗氫鋼材料。其化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。

表1 2.25Cr－1Mo鋼板化學(xué)成分 / %

其中回火脆性敏感性系數(shù)應(yīng)滿足以下要求：

表2 2.25Cr－1Mo鋼板力學(xué)性能

珠光體耐熱鋼焊接的主要問題是熱影響區(qū)的硬化、冷裂紋、軟化以及焊后熱處理或高溫長(zhǎng)期使用中的再熱裂紋。此外，Cr－Mo鋼還具有明顯的回火脆化現(xiàn)象。2.25Cr－1Mo鋼的碳當(dāng)量非常大，淬硬傾向大，產(chǎn)生冷裂紋的可能性極大，因此在條件許可的情況下應(yīng)適當(dāng)?shù)靥岣咂漕A(yù)熱和層間溫度，以避免冷裂紋的產(chǎn)生。［1］

鎳基焊材無(wú)論是堆焊時(shí)，還是同材質(zhì)焊接時(shí)主要應(yīng)防止熱裂紋的產(chǎn)生。解決的辦法除選擇熱裂紋敏感性低的焊接材料外，還應(yīng)做到降低線能量、降低預(yù)熱和層間溫度。

綜上分析，無(wú)論母材還是焊材都有較高的裂紋傾向，因此焊接工藝如何做才能有效防止冷、熱裂紋的產(chǎn)生和確保焊接接頭具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能是此次焊接工作的關(guān)鍵所在。

2 焊接材料的選擇

根據(jù)以往使用鎳基焊材的經(jīng)驗(yàn)，決定采用較小線能量的手工鎢極氬弧焊和焊條電弧焊，焊接材料為 ERNiCr－3焊絲和ENiCrFe－3焊條。該兩種焊材的抗熱裂性能較好，且熔敷金屬具有良好的綜合力學(xué)性能。其具體化學(xué)成分和力學(xué)性能，見表3。

表3 ERNiCr－3焊絲和ENiCrFe－3焊條化學(xué)成分和力學(xué)性能

3 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)和結(jié)果

正式焊接前我公司按 JB4708－2000制作了焊接工藝評(píng)定試板，試板尺寸為600 mm×300 mm×（38＋6）mm，其中38 mm為2.25Cr－1Mo，6 mm為E309 L/E347 L的堆焊層厚度。坡口堆焊時(shí)用焊條電弧焊，對(duì)接焊縫使用手工鎢極氬弧焊兩層焊條電弧焊填充、面層。所采用的焊接規(guī)范，見表4。

表4 焊接規(guī)范

表5 焊接接頭的力學(xué)性能

表6 焊縫的化學(xué)成分 / %

焊接工藝評(píng)定完全模擬實(shí)活，先在2.25Cr－1Mo板上按正常焊條電弧焊堆焊E309 L/E347 L堆焊試板表面→機(jī)加坡口→待堆焊面 MT→預(yù)熱 100～120 ℃→焊條電弧焊堆焊坡口端面→焊后最終熱處理→機(jī)加出坡口→氬弧焊兩層→焊條電弧焊填充、面層→RT檢測(cè)→機(jī)加試樣→理化試驗(yàn)。理化試驗(yàn)后得出的結(jié)果見表5、表6。

按標(biāo)準(zhǔn)要求該焊接工藝評(píng)定合格，說(shuō)明此焊接工藝可用于實(shí)際生產(chǎn)。

4 設(shè)備的焊接

4.1 焊前準(zhǔn)備

按常規(guī)方法首先在 2.25Cr－1Mo接管內(nèi)壁堆焊 E309 L、E347 L，堆焊完畢后機(jī)加出接管一端的單U型外坡口（見I放大圖）。焊前在坡口表面及兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，不得有氧化皮、油污及水銹等雜質(zhì)。

4.2 坡口端面堆焊

堆焊采用焊條電弧焊，堆焊第一層時(shí)預(yù)熱 100～120 ℃，堆焊完第一層后立即進(jìn)行350 ℃×2 h消氫處理，其余層不預(yù)熱但層間溫度應(yīng)嚴(yán)格控制在100 ℃以下。焊接時(shí)盡量用小直徑焊條，采用短弧、小電流快速焊。堆焊10～12 mm后，再機(jī)加出單U型外坡口（見I放大圖），且必須保證機(jī)加后堆焊厚度不小于8 mm。

4.3 重疊

待接管及其附件與主體組焊后做最終熱處理 690 ℃×（4－6）h。兩換熱器水壓試驗(yàn)合格后組對(duì)重疊。此時(shí)接管端部堆焊面及兩側(cè)20 mm范圍內(nèi)應(yīng)重新進(jìn)行清理。組對(duì)間隙保證2～4 mm，錯(cuò)邊量小于2 mm。

4.4 焊接

重疊口封底時(shí)用手工鎢極氬弧焊，且背面進(jìn)行充氬保護(hù)。整臺(tái)設(shè)備處于充氬狀態(tài)，兩重疊口用寬膠帶封住，邊焊邊打開膠帶。氬弧焊兩層后，再采用焊條電弧焊。焊接時(shí)層間溫度嚴(yán)格控制在100 ℃以下。運(yùn)條時(shí)盡量減少線能量，焊條盡量不擺動(dòng)，若擺動(dòng)可適當(dāng)斜向擺動(dòng)。焊接完畢時(shí)降下電流填滿弧坑，防止弧坑裂紋。焊接過程中為檢驗(yàn)微小裂紋，每焊一層進(jìn)行一次滲透檢測(cè)，檢查合格后方可焊下一層，這有利于控制層間溫度。滲透檢驗(yàn)后一定要清洗掉滲透劑和顯像劑，以防止影響焊縫質(zhì)量。

5 結(jié)論

（1）嚴(yán)格按上述工藝要求順利完成兩條重疊焊縫的焊接，進(jìn)行100%射線檢測(cè)，探傷一次合格。整體水壓試驗(yàn)一次合格。產(chǎn)品上的成功運(yùn)用說(shuō)明了所采用的焊接材料和焊接工藝的可行性，且具有推廣的價(jià)值。

（2）按照J(rèn)B4708－2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)焊接接頭做了接伸、彎曲試驗(yàn)，其結(jié)果合格則說(shuō)明此焊接接頭具有良好的綜合力學(xué)性能。

（3）該裝置已經(jīng)正式運(yùn)行無(wú)任何異常現(xiàn)象，得到了用戶的好評(píng)。

1 周振豐、張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993