20鋼換熱管與Q345R鋼管板的焊接工藝

陳堅 唐照國 黃煜(新昌德力石化設備有限公司,浙江 新昌 312500)

管殼式換熱器傳熱效果好，因而廣泛應用于化工行業。換熱器傳熱效果好壞的關鍵在于折流板的設置和換熱管的導熱性能。為了得到好的換熱效果，換熱管較薄，管板較厚，厚度相差很大，因而換熱管與管板的焊接難度較大，而管板與換熱管的焊接質量直接影響到換熱器設備的使用和安全。為此，對20鋼換熱管與Q345R鋼管板的焊接工藝提出了改進，并進行了焊接工藝附加評定，并按照評定合格的焊接工藝進行施焊設備。

1 母材

20鋼為低碳鋼，是容器用管中常見的一種材料，屈服強度為245MPa。Q345R為低合金高強鋼，是容器用板中常見的一種材料，屈服強度為345MPa。20鋼和Q345R碳當量小于0.4%，因而焊接性能比較好，適用于各種焊接方法。

2 焊接工藝附加評定

2.1 焊前準備

2.1.1 根據NB/T47014附錄D的規定，選用的Q345R試板，尺寸為150×120×20，選用的20鋼換熱管，尺寸為φ19×2，L=80，采用手工鎢極氬弧焊和自動鎢極氬弧焊各焊接一副試件。

2.1.2 試板鉆管孔及坡口按圖1要求加工。（手工氬弧焊時h=2，自動氬弧焊時h=1）

圖1 試板鉆孔及倒角示意圖

2.1.3 焊前將試板及換熱管口端部20mm范圍內的油污、鐵銹清除干凈，以免影響

焊接質量。

2.1.4 焊接前裝配時按圖1要求，將管子伸出管板4-6mm，換熱管與管板用氬弧焊進行定位焊，定位焊時采用不加絲的自熔焊。

2.2 焊接

2.2.1 手工鎢極氬弧焊

a.為了見證換熱器設備的焊接質量，試件焊接位置和換熱器設備施焊位置一致，采用水平固定焊。分兩層焊接，第一層采用不填絲的自熔焊，焊接時焊槍不擺動；第二層采用填絲焊，焊接時填充絲均勻送進，焊槍則需要小幅度的擺動，以不產生咬邊，焊出的焊縫勻稱美觀。

b.選用焊接工藝參數時應考慮焊接電流不能過大，也不能過小，過大容易燒穿管壁，難以熔化厚度大的管板，容易造成未熔合。焊接工藝參數見表1。

2.2.2 自動鎢極氬弧焊

自動鎢極氬弧焊機是專門用來焊接換熱管與管板的自動化焊機。

c.將焊接程序設計為分2層焊接，均為填絲焊，焊接時焊槍不擺動，起弧點選在時鐘9點位置，連續焊兩層，由于換熱管與管板裝配間隙不完全均勻，焊接過程中注意觀察電弧位置，有偏移時注意調整。

d.選用焊接工藝參數時應將程序設置為適當的焊接電流和電壓，焊接基值電流能穩弧，峰值電流能焊接，保證能坡口根部焊透又不焊破管壁。并設置好脈沖頻率4-5和脈比寬35-45%。焊接工藝參數見表1。

表1 焊接工藝參數表

2.3 檢驗與結果評定

按NB/T47014-2011附錄D要求進行表面檢測、宏觀金相分析和角焊縫厚度測定。按JB/T4730規定進行了滲透檢測，檢測后發現無裂紋。按NB/T470

14-2011附錄D要求進行金相取樣，經檢查金相檢驗面焊透、無裂紋，角焊縫厚度均大于2mm。根據NB/T47014-2011附錄D的合格指標，本次評定合格。

3 換熱器設備施焊

為了見證焊接工藝附加評定的正確性，產品施焊時嚴格按評定使用的焊接工藝參數和焊接操作方法進行施焊。換熱器設備施焊條件和焊接工藝附加評定施焊條件基本一致，但換熱器設備施焊應考慮更多的因素，例如焊接變形、生產效率等，因而產品施焊時應正確安排施焊順序和施焊方法。手工鎢極氬弧焊時，先將每個換熱管口的第1層焊好，再焊接第2層。自動鎢極氬弧焊時，則每個管口一次性焊完。列管間采取發散型焊接（如圖2所示）。設備焊完后經耐壓試驗，沒有發現換熱管口的焊縫泄漏。

圖2 換熱器管口的焊接順序

實踐證明，按照上述的焊接工藝和操作方法施焊，換熱器管口的焊縫外觀和質量均得到了保證，制作換熱器的質量得到了提升。

4 結語

通過對20鋼換熱管與Q345R管板進行的焊接工藝附加評定試驗和換熱器產品施焊，結果表明，控制換熱管伸出長度為4-6mm，手工鎢極氬弧焊采用分2層兩次焊（第1層不填絲焊，第2層填絲焊）及自動鎢極氬弧焊采用分2層一次性焊完的焊接工藝，并采取合理的焊接順序和正確的操作方法焊接，保證了換熱管與管板焊縫既能焊透又不焊破管口，提升了換熱器制作水平。

[1]NB/T47014-2011，承壓設備焊接工藝評定[S].

[2]JB/T4709-2000，《鋼制壓力容器焊接規程》[S].

[3]NB/T47015-2011,《壓力容器焊接規程》[S].

[4]GB151-1999,《管殼式換熱器》[S].

[5]焊接材料、工藝及設備手冊[M].化學工業出版社.2001.