重疊式高壓換熱器復合金屬材料焊接方法研究

姜金鐘

（國能生物發電集團有限公司東北檢修公司，吉林 長春 130012）

在重疊式高壓換熱器安裝過程中，技術人員需要注重焊接位置的垂直固定，按照橫焊形式進行焊接，還需要注重焊接前后的處理工作，其復合金屬材料的焊接難度和作業強度相對較大，焊接質量難以保障。因此，技術人員需要研發一種全新的焊接方法，簡化復合金屬材料的焊接流程，保障重疊式高壓換熱器的安裝質量。

1 重疊式高壓換熱器復合金屬材料的焊接分析

為了提高課題分析的準確性，將某石化企業應用的重疊式高壓換熱器作為研究對象，對其復合金屬材料的焊接進行分析。該石化企業的換熱器共2組，包括4臺單體設備，需要按照每2臺一組的規格進行上下排列焊接。在焊接過程中，共有4道焊口，需要應用橫焊形式進行焊接。重疊式高壓換熱器應用的復合金屬材料分別為12Cr2Mol、TP309L以及TP347，焊接的管道基層厚度分別為D406×21mm及D435×36mm；管道復層厚度分別為14.5+6.5mm及29.5+6.5mm。由于換熱器采用復合金屬材料，所以技術人員需要在焊接前進行預熱處理，并在焊接結束后進行相應的熱處理。對不同層次的管道（即管道基層、管道過渡層以及管道復層），需要應用相應的焊接方法，該焊接工藝的難度和工作強度偏大，焊接質量難以保障，對換熱設備的有效應用造成不利影響。

基于此，提出一種堆焊鎳合金的焊接工藝，在復合金屬材料的坡口位置堆焊一層鎳合金作為過渡層，只需要焊接鎳合金材料即可，不需要再進行焊前預熱處理和焊接后的熱處理，簡化了焊接流程，在降低焊接難度和工作強度的同時，保障了焊接的質量。應用堆焊鎳合金施工工藝可以有效保障重疊式高壓換熱器的水平度，大大提升了換熱設備的安裝質量。

2 重疊式高壓換熱器復合金屬材料的焊接要求

在進行復合金屬材料的焊接時，技術人員需要遵循相關標準規范，保障焊接的質量。本節主要介紹焊接工藝的一般要求，重疊式高壓換熱器復合金屬材料的具體焊接要求將在焊接方法中敘述。具焊接工藝的一般要求涉及以下幾點：

（1）焊接人員需要具有焊工資質證。本文采用的焊接方法為堆焊，要求焊工具備TSG Z6002—2011要求的資格證；焊接的金屬材料為鎳合金，要求石化企業嚴格按照GB 50236—2011對焊工進行考察。只有具備資格證且通過考察的焊工，才能夠開展焊接作業。

（2）在焊接作業開始前，需要進行焊接工藝方案的設計與評定，確保焊接工藝方案符合標準要求及施工規范，并編制相應的焊接工藝指導書，為焊工的具體作業提供指導，實現有效的技術交底，為焊接作業奠定良好的基礎。

（3）在焊接過程中，如果遇到雨雪天氣、低溫天氣或者大風天氣，需要應用篷布罩等防護裝置，保障焊接的質量及安全。低溫天氣是指環境溫度低于0℃；對于手工焊工藝來說，大風天氣的界定標準為風速大于8m/s，對于鎢極氬弧焊來說，大風天氣的界定標準為風速大于2m/s。另外，如果空氣相對濕度大于90%，也需要應用篷布罩，保障焊接作業的正常開展。

3 重疊式高壓換熱器復合金屬材料的焊接方法

3.1 焊接前的準備

在對復合金屬材料進行堆焊鎳合金前，技術人員需要做好焊件（重疊式高壓換熱器的管道）的處理，避免焊件中存在的鉛、硫、磷等低熔點化學元素，影響鎳合金的焊接質量，導致鎳合金出現裂紋。技術人員需要通過角向磨光機進行復合金屬材料坡口的處理，將其內外兩側50mm范圍內的所有雜質清理干凈，確保焊件的焊接部位不存在裂紋或者夾層等問題，保障焊接的質量。

同時在該石化企業的生產中，要求其重疊式高壓換熱器的軸向水平度偏差控制在3mm以內。在實際的焊接過程中，需要對重疊式高壓換熱器的2個部位進行焊接，為了滿足上述水平度要求，技術人員需要在焊接前做好重疊式高壓換熱器的處理。技術人員需要準備如下幾點：（1）準確測量焊接部位的嘴子伸出長度，確保重疊式高壓換熱器的直線度符合標準；（2）在下方的換熱器安裝完成后，需要及時測量其水平度，將其水平度偏差控制在1mm以內，避免上方換熱器的焊接振動影響整個換熱器的水平度；（3）在進行上方換熱器的焊接時，需要確保2個焊接部位的組對參數符合相關標準才可以施焊，并對其水平度偏差進行測量，如果這一過程中的水平度偏差不符合要求，可以調整另一個焊接部位的組對間隙，使水平度的偏差控制在要求范圍內；（4）只有在保障重疊式高壓換熱器的水平度滿足標準的基礎上，才可以施焊，首先焊接管徑相對較大的焊口，然后將小管徑的焊口位置磨開，降低焊口位置的應力，再進行小管徑的焊接。

3.2 焊接方法分析

在焊接前的準備工作結束后，需要按照規范流程進行復合金屬材料的焊接。本文采用的復合金屬材料焊接方法為分層分道焊，首先將重疊式高壓換熱器的復合金屬材料進行分區，分別采用鎢極氬弧焊以及焊條電弧焊方法進行焊接。在應用焊條電弧焊焊接前，需要做好焊條的處理工作，將其置于300℃的條件下烘烤保溫1h，確保焊條符合焊接標準。在上述石化企業中，采用的焊材為Income1625、焊條及焊絲為ENiCrMo—3。

鎢極氬弧焊主要負責1～4層的焊接處理，采用的焊材為φ2.5mm的ENiCrMo—3，在70～80A的正接電流、16～20V的電壓下，按照4～6cm/min的焊接速度進行焊接。焊條電弧焊主要負責5～10層的焊接處理。其中5～7層采用的焊材為φ3.2mm的ENiCrMo—3，在70～100A的正接電流、21～23V的電壓下，按照15～19cm/min的焊接速度進行焊接；8～10層采用的焊材為φ4.0mm的ENiCrMo—3，在90～120A的正接電流、22～24V的電壓下，按照18～22cm/min的焊接速度進行焊接。在實際的焊接過程中，技術人員不僅要遵循上述參數，還要注重以下焊接要點：

（1）在焊接過程中。技術人員需要保障焊接的焊透性及融合性，避免焊接過程中出現較大的擺動，始終保持短電弧和較小的線能量，有助于焊接質量的保障。要注意的是，因為應用的線能量偏小，所以在氬弧焊焊接結束后，需要對焊接部位進行滲透檢查，避免焊肉過薄導致裂紋的出現。在鎢極氬弧焊的4層焊接及滲透檢查合格后，才可以進行焊條電弧焊。焊條電弧焊焊接結束后，需要全面清理焊縫部位，并進行滲透檢查。

（2）在應用鎢極氬弧焊工藝時。技術人員要在焊件背部應用充氬保護措施，在復合金屬材料的坡口內部粘貼水溶性紙，逐漸增加管道內的氬氣流量，將管道內的空氣排出，當空氣全部排出后開始施焊。在焊接過程中，需要減小氬氣的流量，避免管道內的氬氣過多，導致焊接部位出現內凹或者沒有焊透等質量問題。

（3）在應用焊條電弧焊工藝時。技術人員要注重引弧以及收弧的質量。在進行鎳合金的焊接過程中，很容易在收弧時出現弧坑裂紋。因此，技術人員要在收弧過程中將弧坑填滿，如果收弧后發現弧坑中存在裂紋，可以采用打磨的方法處理裂紋，提升焊接的質量。

3.3 焊接質量分析

在焊接結束后，采用射線檢測方法及水平度測量方法，對焊接質量進行檢測。射線檢測方法共拍片24張，所有內容均顯示焊接合格，有19張屬于Ⅰ級片、5張屬于Ⅱ級片，表明本次焊接合格率高達100%；水平度檢測方法顯示，水平度的偏差值為2mm，小于標準規范中要求的3mm。由此可知，采用堆焊鎳合金過渡的方法進行復合金屬材料的焊接，可以有效保障焊接的質量，實現重疊式高壓換熱器的高質量安裝。

4 結語

綜上所述，堆焊鎳合金過渡的焊接方法，可以有效提升重疊式高壓換熱器復合金屬材料的焊接質量。技術人員需要根據重疊式高壓換熱器的各項參數，合理進行焊材的選擇，并明確焊接的各項工藝參數，嚴格按照規范流程進行復合金屬材料的焊接，保障焊接的質量及設備的安裝質量。