對S31803雙相不銹鋼換熱管從焊接方法、焊接材料、焊接工藝參數及焊縫金相組織等方面進行了焊接工藝性試驗,分析總結出了合適的焊接工藝并成功應用于冷凝器設備的制造。
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,管程介質為HCl+H2S+H2O,殼程介質為常頂油氣。管箱材質為20R/20Ⅲ,殼體材質為20R/20Ⅲ,管板材質316L,換熱管材質S31803。該冷卻系統是煉油廠腐蝕最嚴重的部位,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力腐蝕后導致換熱管與管板焊縫開裂。為解決上述嚴重腐蝕問題并考慮經濟合理性,改進設計時管板材料選用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行的焊接工藝性試驗。
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點,并且彌補了各自的不足之處,主要特點:①不僅具有良好的韌性、強度和焊接性,而且其屈服強度是普通不銹鋼的2倍。②耐腐蝕性氧化物應力腐蝕性能遠超過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鋼也小得多。
雙相不銹鋼焊接是要使焊縫和熱影響區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的焊接工藝,熱影響區易出現單相鐵素體,從而會喪失雙相不銹鋼耐應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用過程中起著重要的作用。S31803換熱管化學成分見表1,力學性能見表2。焊絲的化學成分見表3,力學性能見表4。
2焊接工藝試驗
2.1焊接方法
鎢極氬弧焊具有熱量集中、保護效果好、溶池體積易于控制以及焊縫和近縫區均不易過熱,可有效地防止熱裂紋和滲透裂紋的特點。因此,本試驗當中的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準AWS A5.929的ER2209焊條,直徑2.0 mm,采用直流正接,保護氣體為氬氣,其體積流量控制在13～18 L/min。
2.3焊接參數
經過焊接工藝評定試驗和生產現場應用確定出的焊接工藝參數見表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個半圓進行全位置焊接。采用兩遍焊接,第一遍用鎢極氬弧焊進行焊接,由質檢員用放大鏡逐個管頭進行檢查,檢查合格后焊第二遍。
2.5焊接檢驗
(1)管頭焊接完畢后進行100%PT檢查,無裂紋現象。
(2)沿換熱管中心線切開2個焊接接頭,用10倍的放大鏡對其中4個剖面的8個觀察面進行宏觀檢查,一個取自焊接收弧部分剖面,未發現裂紋、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,發現熱影響區組織中的奧氏體與鐵素體的組織比較接近,且均勻分布,一次焊接熱影響區經受了二次焊接熱循環的加熱,不僅促進了奧氏體相的進一步轉化,而且細化了晶粒,焊縫及熱影響區得到較好的奧氏體和鐵素體雙相組織。
3結語
將根據上述焊接工藝評定所確定的工藝規范應用于冷換設備的管頭焊接,經過耐壓試驗和氣密性試驗等檢驗,各項技術指標均滿足要求,證明了該工藝的可行性。該管束經過裝置一周期的投入使用,運行穩定,完全滿足使用要求。
