對S31803雙相不銹鋼換熱管從焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數(shù)及焊縫金相組織等方面進(jìn)行了焊接工藝性試驗(yàn),分析總結(jié)出了合適的焊接工藝并成功應(yīng)用于冷凝器設(shè)備的制造。
我公司為齊魯公司勝利煉油廠制造了一臺常減壓蒸餾塔頂冷凝器,型號為BIU110024.0/4.0251526/1922I,管程介質(zhì)為HCl+H2S+H2O,殼程介質(zhì)為常頂油氣。管箱材質(zhì)為20R/20Ⅲ,殼體材質(zhì)為20R/20Ⅲ,管板材質(zhì)316L,換熱管材質(zhì)S31803。該冷卻系統(tǒng)是煉油廠腐蝕最嚴(yán)重的部位,主要問題是HCl+H2 S+H2對碳鋼造成的均勻腐蝕及對奧氏體不銹鋼造成應(yīng)力腐蝕后導(dǎo)致換熱管與管板焊縫開裂。為解決上述嚴(yán)重腐蝕問題并考慮經(jīng)濟(jì)合理性,改進(jìn)設(shè)計(jì)時管板材料選用316L(鍛),換熱管材料選用雙相不銹鋼S31803,文中介紹對換熱管與管板進(jìn)行的焊接工藝性試驗(yàn)。
1雙相不銹鋼的焊接性分析
雙相不銹鋼具有奧氏體鋼和鐵素體鋼各自的優(yōu)點(diǎn),并且彌補(bǔ)了各自的不足之處,主要特點(diǎn):①不僅具有良好的韌性、強(qiáng)度和焊接性,而且其屈服強(qiáng)度是普通不銹鋼的2倍。②耐腐蝕性氧化物應(yīng)力腐蝕性能遠(yuǎn)超過1828型不銹鋼,并且具有良好的抗孔蝕和間隙腐蝕的能力。③熱裂紋的敏感性比奧氏體鋼小得多。④冷裂紋的敏感性比一般低合金高強(qiáng)鋼也小得多。
雙相不銹鋼焊接是要使焊縫和熱影響區(qū)均保持有適量的鐵素體和奧氏體。在焊接過程中若采用不當(dāng)?shù)暮附庸に?/span>,熱影響區(qū)易出現(xiàn)單相鐵素體,從而會喪失雙相不銹鋼耐應(yīng)力腐蝕和晶間腐蝕的特性。因此,采用合理的焊接工藝在雙相不銹鋼應(yīng)用過程中起著重要的作用。S31803換熱管化學(xué)成分見表1,力學(xué)性能見表2。焊絲的化學(xué)成分見表3,力學(xué)性能見表4。
2焊接工藝試驗(yàn)
2.1焊接方法
鎢極氬弧焊具有熱量集中、保護(hù)效果好、溶池體積易于控制以及焊縫和近縫區(qū)均不易過熱,可有效地防止熱裂紋和滲透裂紋的特點(diǎn)。因此,本試驗(yàn)當(dāng)中的316L管板與S31803換熱管之間采用鎢極氬弧焊方法。
2.2焊前準(zhǔn)備
用不銹鋼絲刷將待焊部位的表面及附近清理干凈至出現(xiàn)不銹鋼金屬光澤,然后用丙酮液清洗。換熱管2管板焊接接頭型式見圖1。
焊絲材料采用符合美國標(biāo)準(zhǔn)AWS A5.929的ER2209焊條,直徑2.0 mm,采用直流正接,保護(hù)氣體為氬氣,其體積流量控制在13～18 L/min。
2.3焊接參數(shù)
經(jīng)過焊接工藝評定試驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用確定出的焊接工藝參數(shù)見表5。
2.4焊接過程
為了便于觀察熔池及填加焊絲,焊接時應(yīng)保證焊槍與焊件之間的夾角為80°～85°,焊絲與焊件的夾角為10°～20°。將每個管頭的焊縫分為2個半圓進(jìn)行全位置焊接。采用兩遍焊接,第一遍用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接,由質(zhì)檢員用放大鏡逐個管頭進(jìn)行檢查,檢查合格后焊第二遍。
2.5焊接檢驗(yàn)
(1)管頭焊接完畢后進(jìn)行100%PT檢查,無裂紋現(xiàn)象。
(2)沿?fù)Q熱管中心線切開2個焊接接頭,用10倍的放大鏡對其中4個剖面的8個觀察面進(jìn)行宏觀檢查,一個取自焊接收弧部分剖面,未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷。
(3)所有受檢查剖面角焊接頭焊角不小于3mm。
2.6焊接接頭金相分析
用鐵素體測量儀和金相分析,發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)組織中的奧氏體與鐵素體的組織比較接近,且均勻分布,一次焊接熱影響區(qū)經(jīng)受了二次焊接熱循環(huán)的加熱,不僅促進(jìn)了奧氏體相的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化,而且細(xì)化了晶粒,焊縫及熱影響區(qū)得到較好的奧氏體和鐵素體雙相組織。
3結(jié)語
將根據(jù)上述焊接工藝評定所確定的工藝規(guī)范應(yīng)用于冷換設(shè)備的管頭焊接,經(jīng)過耐壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)等檢驗(yàn),各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足要求,證明了該工藝的可行性。該管束經(jīng)過裝置一周期的投入使用,運(yùn)行穩(wěn)定,完全滿足使用要求。
