GH35 合金大型換熱器制造關鍵技術研究

王強強

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

換熱器長期在高溫高壓下使用，對設備材料要求高，選用GH35 高溫鎳合金作為反應器材料，GH35 合金材料由于具有優異的高溫力學性能和耐腐蝕性能，目前已廣泛應用于工業和石化行業。在這種高參數高壓下，國內許多生產裝置缺乏相應的生產經驗，產品安全和質量無法保證，生產中經常出現問題，因此有必要對此類材料和大家電的制造工藝進行審查，以提高產品的安全性和質量，優化和改進生產工藝。

1 GH35 合金開裂機理分析

GH35 合金由于其再生性能，在焊接過程中極易開裂，成為承壓設備中最危險的缺陷，因此是大型換熱器生產過程中重要的質量控制內容。

許多科學家對GH35 合金材料的焊接性能進行過研究，一般認為GH35 合金線膨脹系數高，鎳易消化硫和磷，在焊接過程中容易分離出一些雜質和低熔點物質，導熱系數低、熔點低、流量小，在晶界處堆積，易產生熱裂紋，使生產質量失去控制。國內幾臺生產這種換熱器的換熱器就出現過這類故障，幾乎就是這種故障導致的：主焊縫在水壓試驗過程中出現裂紋，經多次修補后仍無法解決。圖1 和圖2 分別為GH35 合金換熱器制造過程中主接管燈絲焊和對接焊的裂紋缺陷。

圖1 設備接管角焊縫裂紋

圖2 主體環焊縫貫穿性裂紋

2 焊接質量控制

焊接前應進行焊接工藝評定，焊接應以焊接工藝評定為基礎。應根據焊接機理采用適當的焊接工藝，以優化焊接工藝并檢查焊接裂紋。

2.1 區域準備

（1）為保證物種的良好聚集性，應加大溝道角度、減小根緣厚度，避免過熱，不能通過增加焊接流量來改善液態金屬的流動。

（2）為保證良好的混合，厚板產品應選擇雙U形區，坡口加工應采用熱效應較小的機械加工或等離子切割。

（3）焊接前，應將實體及其周圍區域清理干凈，并浸泡在20 mm 深的水中。

2.2 焊接材料

高鎳含量提高了熔敷金屬的耐熱性和耐腐蝕性，焊接材料為Ernicr-3 和Ernicr-2 的焊絲和焊條，嚴格控制硫、磷等焊接材料的含量，減少冷卻時焊縫中的雜質含量，減少晶界處的沉積，減少焊條熱裂傾向（圖3）。

圖3 對接焊接接頭

2.3 焊接方法

焊接方法一般應考慮質量控制和焊接效率。手工焊接采用涂層焊接，埋弧焊焊接，由于散熱困難、安全系統高、壓力集中，采用小電流TIG（鎢極惰性氣體保護焊）方法焊接整個噴嘴圓角，也可與氬弧焊、手工焊、水下電弧焊相結合。

2.4 焊接措施

采取的焊接措施有：焊接時采用水管冷卻容器壁，加快冷卻速度；在焊接過程中應采用紅外測溫儀進行交互式測溫；焊接過程中冷卻水管容器壁；篩分過程應盡量少用能量（低電壓、低電流、高焊接速度、多層焊接）；內部溫度應嚴格低于標準溫度；應使用短卡，電極應正確傾斜，擺動不應超過電極直徑的2.5 倍，焊接時盡量采用平焊位置。

2.5 缺陷糾正

在GH35 合金大型換熱器的生產中，缺陷的糾正也是一個重點，由于材料經過焊接金屬化處理，再焊接降低了材料的焊接性，在修復過程采用專用不銹鋼磨盤進行打磨。另外，為避免熱裂紋，宜采用氬弧焊。

3 生產過程中的破壞性試驗

針對這些產品焊接過程中熱裂紋的特點，確定了針對性的無損檢測策略。

3.1 焊接工藝無損檢測驗證

這些材料易開裂，發現裂紋臺階、大量修補、重板裝置焊接后難以修復，無損檢測焊接方法的應用已納入質量控制范圍，如AB 級雙U 后焊，應在每個焊縫焊接后進行滲透檢測，并及時打磨和糾正表面誤差。氬弧焊完成后，在焊接過程中引入NDIT 中心質量控制的優點是可以及時發現焊接過程中的缺陷，對部分焊縫進行了識別手工焊和自動浸弧焊的NDIT 工藝是相同的，方便裂縫定位和修復。此類設備通常要求對AB 類焊縫進行100%射線照相試驗，并要求對CD 類焊縫進行100%射線照相試驗。

由于厚度等原因，部分負膜質量可能不完全滿足射線焊接工藝試驗相關標準的要求，但作為質量控制項目，它具有重要作用：可以大大減少維修次數，避免大面積維修以及多次維修導致材料性能惡化，避免裂紋無法修復，減少生產故障。

3.2 提高無損檢測靈敏度

如果X 射線不能穿透壁厚，應首選X 射線機作為X 射線輻射源。如果X 射線不能穿透壁厚，則應首選Ir-192 光源而不是Co60，以提高X 射線檢測的靈敏度。為提高證據的誤碼率，應考慮影響證據敏感性的因素，以提高證據的敏感性。結果表明，提高了檢測靈敏度和缺陷的最低檢出率，避免了微裂紋等危險缺陷的排除，保證集裝箱的安全和質量。

3.3 增加無損檢測方法和次數

為提高缺陷檢出率，應增加無損檢測次數，在容器生產過程中廣泛采用無損檢測方法。除了滲透試驗方法外，還可以采用有毒、相射線、聲發射等先進的無損檢測方法來檢測此類裝置的裂紋。壓力試驗結束后，應選擇一些焊縫進行試驗，并選擇一定比例進行試驗。除了傳統的無損檢測方法外，在焊接過程中還可以用增加超聲波方法來控制表面質量。

4 熱處理質量控制

JB 4756—2006《鎳及鎳合金制換熱器》規定，含有鎳及鎳合金的換熱器必須經過焊后處理或熱穩定處理，鈦和鈮可以在敏感溫度區沿晶界完全形成非常穩定的碳化鈦和碳化鈮以及Cr23C6 的沉積，GH35 合金的耐晶腐蝕性能得到了提高。

局部熱處理通常采用耐用的線材加熱方法，還應配備自動溫度記錄裝置，以符合相關標準。有些裂紋是由于熱處理不當，特別是局部熱處理不當引起的。換熱器的熱處理可分為不可分割的熱處理和局部熱處理，嚴格控制氣體中硫含量在0.57 g/m3以下；如果用油爐加熱，油的硫含量應低于0.5%，以免損壞對設備有害的雜質。由于窯內熱處理的整體效果良好，應首選整個熱處理，在條件允許的情況下，嚴格按照GB 150—2011《鋼制壓力容器》和JB 4756—2006 標準制定和應用合適的熱處理工藝參數，對整個爐的熱處理，宜采用電爐而非煤爐。具有自動溫度記錄裝置和其他適當的設備和設備。因此，設備熱處理后應進行無損檢測和抽查。

5 熱加工質量控制

厚板的頭部通常通過加熱來制造，頂置加熱過程的質量控制要點是通過初、終沖壓的溫度和變形速率來控制的。動態再生發生在975～1100 ℃區域，熱變形后的顯微組織均勻，為最佳熱加工范圍：為避免C23C6 在奧氏體不銹鋼敏感區的界面間沉積，加熱溫度不應影響材料的物理狀態；溫度必須低于1050 ℃；溶液溫度和停止點溫度不得低于870 ℃。一般情況下沖壓兩次后必須放置在緊靠地面的冷水池中，由于熱壓縮成形變形大，冷卻水后必須進行無損檢測，以避免頭部焊縫斷裂。

6 結論

在尖銳裂紋的控制下，GH35 合金大型換熱器制造難度提高。根據材料特點、裂紋產生機理及相關標準的要求，提出了質量控制措施，并成功應用于多個大型GH35 合金換熱器的制造。