換熱器內凹式列管與管板的焊接

  隨著現代能源工業的發展進步，換熱器技術在石油、動能、化工等部門逐漸取得了廣泛的進步，而換熱器內凹式列管與管板的焊接技術是近些年一個新興的研究課題，本文就在換熱器結構及相關部件的焊接特點的基礎上來對其焊接方案、焊接工藝進行簡單分析。
    換熱器在化工、原子能、石油等領域具有廣泛的應用，根據其用途的不同，其各種類型的結構也具有一定的差別，為了保證其使用質量，在換熱器的制造過程中，選擇合適的焊接方案及焊接工藝是非常重要的，本文就對換熱器內凹式列管與管板的焊接進行分析。
    換熱器內凹式列管與管板焊接的結構分析
    換熱器的列管與管板的內凹式焊接，主要的焊接內容就是將換熱器的換熱管臥于管板的坡口中1毫米的地方進行焊接，在其焊接要求中，要求要將根部焊透，其中熔深要能夠達到管壁厚度的百分之90以上，第二層的焊縫在對第一層的焊縫進行壓蓋時，一定要保持圓滑，以上的幾點焊接要求中，本次研究的難點是要能達到設計所要求的熔深。
    換熱器內凹式列管與管板的焊接性能分析
    本次研究中的管板的材質是316L不銹鋼，具有很好的焊接性能，但是其具有較小的熱導率，線脹系數較大，在焊接的過程中，焊接接頭的加熱到冷卻過程中，會產生較大的拉應力，這種拉應力的存在，很容易導致焊接過程中產生熱裂紋，而本次研究中的列管選用的是00Cr17Ni14Mo2（GB/T24511：022Cr17Ni12Mo2），這種材質很容易形成具有較強方向性的柱狀晶焊縫組織，這種焊縫組織的存在對于雜質的偏析是非常有利的，這樣性質的存在有利于晶間液態夾層的存在，尤其是在P、S的含量較高的情況下，低熔點的共晶夾層很容易產生，它們的存在很容易加大焊縫的熱裂紋傾向。
    換熱器內凹式列管與管板焊接材料的選擇
    正因為換熱器的列管與管板具有以上的焊接特性，為了滿足設計要求，在進行焊接材料的選擇時，尤其要注意其焊接性能，本次研究中選擇的焊接材料需要具有提高焊縫的金屬抗裂性的性能，通過對各種焊接材料的性能進行分析，最終選擇00Cr19Ni12Mo2（YB/T5092: H03Cr19Ni12Mo2Si)作為本次焊接中的焊絲，與列管與管板的相關焊接性能相比，該種材質的焊絲中的Cr含量有所升高，而Ni的含量有所降低，這種焊接特性能夠有效的控制雜質的含量，并且該焊絲中的Mo、Si等元素，這能夠使焊縫中形成少量鐵素體與奧氏體共同組成的雙相組織，對于焊縫中的裂紋的減少具有積極的促進作用，00Cr19Ni12Mo2（H03Cr19Ni12Mo2Si）焊絲的主要組成部分如表1所示。
    表1 00Cr19Ni12Mo2（H03Cr19Ni12Mo2Si）的主要化學成分
 

    換熱器內凹式列管與管板焊接工藝選擇
    本次研究中，各主要焊接部件的規格及坡口形式為：（1）焊絲的材質是00Cr19Ni12Mo2（H03Cr19Ni12Mo2Si），直徑為1.6毫米；（2）列管的材質為00Cr17Ni14Mo2（022Cr17Ni12Mo2），管徑規格為14毫米×2毫米；（3）管板的材質是316L，管橋寬度為6毫米，厚度為35毫米，孔徑為14.2毫米。焊接的坡口形式與分布圖如圖1所示。
    本次研究中，焊接采用的主要焊接方法是手工鎢極氬弧焊，本次焊接中對氬氣的純度具有較高的要求，本次試驗中采用的氬氣的純度達到了99.9%，純度非常的高，焊接過程中的電流極性采用的是直流正接的形式，焊接過程中的電流保持在60到70安培之間，焊接電壓保持在14到16伏之間，在焊接的過程中，各層之間的溫度要小于60攝氏度，焊接過程中的焊接位置是保持水平固定的。本次研究中的主要焊接工藝參數如表2所示。
    表2 焊接工藝參數