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滲鋁換熱管與管板焊接工藝試驗(yàn)
? ? ??引言
??????我公司制造的一臺(tái)預(yù)熱器，為硫磺制酸改造項(xiàng)目焚硫轉(zhuǎn)化工段設(shè)備，結(jié)構(gòu)如圖1所示，殼程介質(zhì)為空氣，工作溫度進(jìn)口為120℃，出口為530℃，設(shè)計(jì)壓力20kPa，管程介質(zhì)為氧氣、氮?dú)?、二氧化碳、水等，工作溫度進(jìn)口為700℃，出口為300℃，設(shè)計(jì)壓力2kPa，其中換熱管采用20#滲鋁管，規(guī)格為Ф45mm×3.5mm，上管板（接頭編號(hào)C1）為Q345R材料，厚度為45mm；下管板（接頭編號(hào)C2）為S30408材料，厚度為45mm。
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??????滲鋁鋼是在高溫條件下，活性鋁原子擴(kuò)散到碳鋼或合金鋼上，形成具有表層鋁鐵合金層的鋼材，具有抗高溫氧化、抗硫化氫腐蝕性和耐環(huán)烷酸腐蝕性等性能，廣泛應(yīng)用于石油化工、鍋爐余熱回收設(shè)備中。其耐腐蝕性首先是因?yàn)樵跐B鋁層表面形成了一層致密的附著力極強(qiáng)且穩(wěn)定的Al2O3保護(hù)膜，其次是在液體介質(zhì)中滲鋁層相當(dāng)于一個(gè)陽(yáng)極，滲鋁層中的鋁被緩慢消耗，使母材腐蝕得以延緩。但由于滲鋁層的組織、化學(xué)成分、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性能等與基體金屬差異很大，使?jié)B鋁鋼焊接有以下特點(diǎn)：（1）容易產(chǎn)生裂紋。鋁是鐵素體化元素，焊接時(shí)易氧化，從而使焊接接頭韌性下降，在應(yīng)力作用下極易開(kāi)裂；（2）氣孔較多。熔池中鋁的存在使焊縫易產(chǎn)生氣孔；（3）鎢極污染。采用鎢極氬弧焊時(shí)熔池表面有氧化鋁懸浮物，易污染鎢極；（4）影響耐腐蝕性。焊接線能量過(guò)大或焊接熱熔化易破壞焊縫處管子的滲鋁層，影響滲鋁層的防腐作用[1-2]。
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??????根據(jù)滲鋁鋼的焊接特點(diǎn)和預(yù)熱器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了滲鋁換熱管與上下管板焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，以制定焊接工藝，保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量。
?????1焊接工藝試驗(yàn)
?????焊接方法
??????滲鋁鋼可采用焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、惰性氣體保護(hù)焊等方法進(jìn)行焊接，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)型式和公司焊接經(jīng)驗(yàn)，采用鎢極自動(dòng)氬弧焊方法進(jìn)行焊接，焊接參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表1。
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表1?焊接參數(shù)設(shè)定
| 焊接方法 |
層數(shù) |
焊材規(guī)格 （mm） |
極性 |
焊接電流（A） |
電弧電壓 （V） |
焊接速度 （秒/周） |
|
| 基值 |
峰值 |
||||||
| GTAW（自） |
1 |
Φ1.0 |
DCEN |
60 |
160 |
10～11 |
120 |
| GTAW（自） |
2 |
Φ1.0 |
DCEN |
65 |
165 |
11～12 |
130 |
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?????焊接材料[2-4]
?????為保證焊縫與母材具有相同的腐蝕性能，選用某廠家生產(chǎn)的國(guó)產(chǎn)焊材，焊絲為ER309Mol，規(guī)格為Ф1.0mm，化學(xué)成分見(jiàn)表2所示。焊接時(shí)采用99.99%的氬氣保護(hù)，流量為8～12L/min。
表2?焊絲ER309MoL化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）
| 化學(xué)成分 |
C |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
Ni |
Mo |
Cu |
| 質(zhì)保書值 |
0.019 |
0.54 |
1.71 |
0.001 |
0.022 |
23.2 |
13.5 |
2.29 |
0.05 |
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???焊前清理
?????滲鋁鋼焊前清理非常重要，20#滲鋁管待焊接部位采用砂輪打磨去除表面雜質(zhì)和表面的氧化鋁，但應(yīng)注意不要破壞表面滲鋁層，管板待焊部位同樣打磨干凈，不得有油污、氧化物、水分等影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)。
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???試驗(yàn)方案
?????根據(jù)接頭編號(hào)C1、C2不同材料，分兩個(gè)焊接試件，編號(hào)為PQR1550和PQR1551。PQR1550選用管板材質(zhì)為Q345R，PQR1551選用管板材質(zhì)為S30408，換熱管均為20#滲鋁管，按照NB/T47014附錄D進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。
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?????2試驗(yàn)結(jié)果分析
?????試件焊接后進(jìn)行100%PT檢測(cè)，無(wú)裂紋缺陷，取樣后進(jìn)行宏觀金相檢測(cè)和角焊縫厚度測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表3，宏觀金相顯示焊縫無(wú)裂紋、未熔合、根部未焊透等缺陷，角焊縫厚度均大于2/3b（＞2.33mm），結(jié)果符合NB/T47014附錄D要求[5]。
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表3?試驗(yàn)結(jié)果
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| PQR1550 |
金相試驗(yàn)（宏觀） |
無(wú)裂紋、未熔合、根部未焊透 |
|||||||
| 角焊縫厚度（mm） |
2.97 |
3.04 |
2.91 |
3.12 |
2.95 |
3.15 |
2.94 |
3.09 |
|
| PQR1551 |
金相試驗(yàn)（宏觀） |
無(wú)裂紋、未熔合、根部未焊透 |
|||||||
| 角焊縫厚度（mm） |
3.08 |
3.11 |
2.95 |
3.15 |
3.22 |
3.06 |
2.98 |
3.14 |
|
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?????3結(jié)束語(yǔ)
?????預(yù)熱器產(chǎn)品換熱管表面滲鋁，換熱管與管板的接頭焊接極易產(chǎn)生缺陷，采用鎢極自動(dòng)氬弧焊，選用ER309MoL焊絲，進(jìn)行20#滲鋁換熱管與Q345R、S30408管板的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，結(jié)果表明焊接接頭質(zhì)量符合NB/T47014附錄D標(biāo)準(zhǔn)要求，此工藝可以用于產(chǎn)品焊接。
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