对S31803双相不锈钢换热管从焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数及焊缝金相组织等方面进行了焊接工艺性试验,分析总结出了合适的焊接工艺并成功应用于冷凝器设备的制造。
我公司为齐鲁公司胜利炼油厂制造了一台常减压蒸馏塔顶冷凝器,型号为BIU110024.0/4.0251526/1922I,管程介质为HCl+H2S+H2O,壳程介质为常顶油气。管箱材质为20R/20Ⅲ,壳体材质为20R/20Ⅲ,管板材质316L,换热管材质S31803。该冷却系统是炼油厂腐蚀最严重的部位,主要问题是HCl+H2 S+H2对碳钢造成的均匀腐蚀及对奥氏体不锈钢造成应力腐蚀后导致换热管与管板焊缝开裂。为解决上述严重腐蚀问题并考虑经济合理性,改进设计时管板材料选用316L(锻),换热管材料选用双相不锈钢S31803,文中介绍对换热管与管板进行的焊接工艺性试验。
1双相不锈钢的焊接性分析
双相不锈钢具有奥氏体钢和铁素体钢各自的优点,并且弥补了各自的不足之处,主要特点:①不仅具有良好的韧性、强度和焊接性,而且其屈服强度是普通不锈钢的2倍。②耐腐蚀性氧化物应力腐蚀性能远超过1828型不锈钢,并且具有良好的抗孔蚀和间隙腐蚀的能力。③热裂纹的敏感性比奥氏体钢小得多。④冷裂纹的敏感性比一般低合金高强钢也小得多。
双相不锈钢焊接是要使焊缝和热影响区均保持有适量的铁素体和奥氏体。在焊接过程中若采用不当的焊接工艺,热影响区易出现单相铁素体,从而会丧失双相不锈钢耐应力腐蚀和晶间腐蚀的特性。因此,采用合理的焊接工艺在双相不锈钢应用过程中起着重要的作用。S31803换热管化学成分见表1,力学性能见表2。焊丝的化学成分见表3,力学性能见表4。
2焊接工艺试验
2.1焊接方法
钨极氩弧焊具有热量集中、保护效果好、溶池体积易于控制以及焊缝和近缝区均不易过热,可有效地防止热裂纹和渗透裂纹的特点。因此,本试验当中的316L管板与S31803换热管之间采用钨极氩弧焊方法。
2.2焊前准备
用不锈钢丝刷将待焊部位的表面及附近清理干净至出现不锈钢金属光泽,然后用丙酮液清洗。换热管2管板焊接接头型式见图1。
焊丝材料采用符合美国标准AWS A5.929的ER2209焊条,直径2.0 mm,采用直流正接,保护气体为氩气,其体积流量控制在13～18 L/min。
2.3焊接参数
经过焊接工艺评定试验和生产现场应用确定出的焊接工艺参数见表5。
2.4焊接过程
为了便于观察熔池及填加焊丝,焊接时应保证焊枪与焊件之间的夹角为80°～85°,焊丝与焊件的夹角为10°～20°。将每个管头的焊缝分为2个半圆进行全位置焊接。采用两遍焊接,第一遍用钨极氩弧焊进行焊接,由质检员用放大镜逐个管头进行检查,检查合格后焊第二遍。
2.5焊接检验
(1)管头焊接完毕后进行100%PT检查,无裂纹现象。
(2)沿换热管中心线切开2个焊接接头,用10倍的放大镜对其中4个剖面的8个观察面进行宏观检查,一个取自焊接收弧部分剖面,未发现裂纹、未熔合等缺陷。
(3)所有受检查剖面角焊接头焊角不小于3mm。
2.6焊接接头金相分析
用铁素体测量仪和金相分析,发现热影响区组织中的奥氏体与铁素体的组织比较接近,且均匀分布,一次焊接热影响区经受了二次焊接热循环的加热,不仅促进了奥氏体相的进一步转化,而且细化了晶粒,焊缝及热影响区得到较好的奥氏体和铁素体双相组织。
3结语
将根据上述焊接工艺评定所确定的工艺规范应用于冷换设备的管头焊接,经过耐压试验和气密性试验等检验,各项技术指标均满足要求,证明了该工艺的可行性。该管束经过装置一周期的投入使用,运行稳定,完全满足使用要求。
