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换热器不锈钢管板全位置脉冲GTAW焊点击：2061 日期：[ 2014-04-26 21:13:57 ] |
| 换热器不锈钢管板全位置脉冲GTAW焊 赵巧良，陶文勇 （浙江工业职业技术学院机电工程学院，浙江绍兴312000） 摘要：针对不锈钢管板式换热器管板角焊缝的焊接质量问题，采用深熔透全位置脉冲GTAW多层焊技术，并采用小工艺参数、窄焊道快速焊，合理控制焊接顺序和焊接方向，实现焊接与贴胀并举等措施，调控了焊接热输入及焊缝高温停留时间，提高了接头耐腐蚀性能，很好解决管板角焊缝的焊接质量问题，延长了换热器的使用寿命。 关键词：固定管板式换热器；不锈钢；管板；角焊缝；贴胀；脉冲GTAW焊 中图分类号：TG444.74文献标志码：B 文章编号：1002－025X(2012)04-0062-03 0·前言 管壳式换热器作为一种最常见的换热设备，最是早也是最普遍的换热器。换热器质量的好坏、使用寿命的长短，在很大程度上取决于换热器中管板与换热管之间的角接接头焊缝质量［1］。固定管板式换热器是管壳式换热器(下方提到的换热器都是指固定管板式换热器)中一种，管板角接接头长期承受压差对管子产生的轴向负荷、反复加热、冷却、高压和介质腐蚀的作用,而管板上密集排列的填角焊缝，严重的应力集中进一步冲击管板焊缝质量。为此，不锈钢管板采用深熔透脉冲GTAW多层焊技术，可以调节焊接热输入及焊缝的高温停留时间，提高接头耐腐蚀性能，况且脉冲氩弧焊对工艺参数的波动不敏感，适宜全位置的焊接，焊缝成形美观，质量稳定，焊接接头力学性能均高于普通钨极氩弧焊［2］。 1·焊前准备 （1）焊机逆变直流脉冲氩弧焊机WSM-315ST4台，直流正接。 （2）管束和管板准备材质为00Cr19Ni10换热管按图样要求截取，两端打磨毛刺及卷边，要求用压缩空气吹扫。管板上的管束排列如图1所示。换热管板孔的外倒角为2 mm×45°，内倒角为1 mm×30°，如图2所示，着色检验无缺陷。换热管检验执行GB/T14976—2002标准，其外径允许偏差为±0.2 mm，其壁厚偏差为-10%～+12%。 （3）焊接材料准备准2.4 mm ER308L焊丝作为盖面层填充金属，φ（Ar）99.99%的氩气作为保护气体，准2.0 mm和准3.0 mm铈钨极分别是打底层及盖面层的GTAW焊极棒。 （4）清理用丙酮或四氯化碳将焊丝表面及坡口两侧各20 mm范围内的垢锈、油污等清除干净。清理后，应迅速进行焊接，否则须盖住接头。 （5）环境要求焊接区域需采取一定防风措施，防止风力过大破坏氩气对焊缝的保护。阴雨天气空气相对湿度较大时，或冬季施工环境温度低于16℃时，焊前需对待焊区域进行火焰加热或进行抛光处理，以防止水气与焊缝金属反应，产生气孔和裂纹。 2·焊接 （1）组装及定位穿管前仔细检查管板上换热管孔倒角及加工深度，换热管打磨管头后需立即组装、定位。用上管板密封面与壳体垂直偏差不超过1 mm，氩弧焊点固；下管板密封面与壳体垂直，按图样要求组装、点固，并检查换热管伸出长度，氩弧焊一点定位，定位焊焊缝长为15～25 mm，余高为1～1.5 mm。完成定位焊缝后进行着色检查，如有缺陷必须清除。用割管机修正下管板换热管的伸出长度为3 mm，并保持待焊管板上的管的中心线与水平面有15°～20°倾斜角度（图2）。 （2）吹洗用纯氩气吹洗坡口面根部。 （3）打底层焊接为了保证根部焊接质量，打底层采用不填丝法（又称自熔法）的深熔透GTAW焊技术。操作时钨极应始终保持与熔池垂直，电弧偏向管板一侧，焊接电流不宜过大，焊速要快。由于是全位置焊，应随时变换焊枪、焊丝的相对位置。打底层焊缝经检验合格后，应及时进行盖面层焊接。若发现有超标缺陷时，应彻底铲除、修复，不允许采用重复熔化的方法来消除缺陷。焊接工艺参数见表1。 （4）盖面层焊接全位置管板盖面层分左右2个半圈焊接，仰焊时，在6点钟左侧5～10 mm处引弧，弧长3 mm，握焊枪手的小手指支撑在管板上，以保持电弧稳定，焊枪缓慢作月牙或锯齿形小幅摆动，捻动送丝，采用二点法焊接，经立焊位的3点钟和9点钟，在平焊12点钟处相接。打底、盖面层的焊缝分布如图3所示。 （5）确定焊接工艺参数尽量采用小参数，窄道焊，快速焊，以减小热输入。脉冲电流值应该是稳恒电流的1.5～2倍，基值电流大约为脉冲电流值的25%，脉冲持续时间一般在0.2～1 s。脉冲时间越长熔深越深。控制道间温度不高于150℃，焊后采取强制冷却手段，用铜垫或水散热，以缩短不锈钢在敏感温度的停留时间。 （6）焊接顺序和方向每层每道焊缝焊接方向如图4所示，相邻层次的焊缝接头应错开120°。在管束焊接时应坚持从内向外呈辐射状，由4名焊工反方向对称施焊，如图5所示。管束-管板多层角焊缝应遵循先完成上管板换热管总数25%的一半管板填充角焊缝，然后焊接该25%换热管另一端下管板全部管板角焊缝，最后焊接上管板另一半余下角焊缝。当然，焊接下管板角焊缝之前，首先完成管板与筒体连接角焊缝的氩弧焊打底，保持冷凝器整体尺寸相对稳定。依次类推，完成管板角焊缝打底、盖面层的焊接，保持角焊缝外观形状内凹。 （7）胀管管束焊后胀管处理见图3。 （8）辅助措施①焊接缺陷特别是裂纹和未焊透容易产生在引弧和熄弧处，要求引弧时少加或不加焊丝，放缓焊接速度，保证起焊点熔池有足够高的温度；不要突然熄弧，熄弧前焊丝连续向熔池送两滴铁液，填满熔池弧坑后，再将电弧引至坡口一侧熄弧，待焊缝金属完全冷却后再移开焊枪。②焊接时若发现电弧呈蓝色或熔池有发泡现象，说明已产生气孔，应立即停止焊接，修磨、清除，然后继续焊接。③管束-管板角焊缝外观形状应内凹（不准外凸），避免严重应力集中。 3·焊后处理 焊后不锈钢管板进行酸洗、钝化处理。管板角焊缝应进行表面无损检测，执行JB 4730—2005标准，Ⅰ级合格。按GB 151—1999标准，打底层焊后进行水压试验，水压试验的压力应不低于换热器设计压力的1.125倍，然后进行盖面层及换热器整体焊接加工，缓慢升压，达到规定压力后保压时间不短于30min，然后将试验压力降至规定试验压力的80%，并保持该压力，检查所有管板接头。若发现渗漏或其它异常现象，做出明显标记，缷压放水后进行返修和焊补。修复后重新进行水压试验。水压试验合格后再检验焊缝的气密性，试验的压力应不低于换热器设计压力的1.15倍。 壳程试压成功后，检查各管路接头，管程进行分区胀接，最后对管程进行压力为0.625 MPa的水压试验，试压用水的氯离子含量不应超过25 mg/L，试验合格后及时擦干水渍。 4·结语 管板填角焊缝采用全位置脉冲GTAW深熔透多层焊的新工艺和新技术，不仅可避免了压力容器生产厂家场地、空间及起吊设备能力的制约，而且确保了角焊缝质量及冷凝器整体结构稳定，很好地抵制了冷凝器频繁快热急冷的热冲击，能长期承受高温、高压和介质腐蚀作用诱发的疲劳失效，该管板的平均寿命能提高30%左右。 参考文献： ［1］汪东明,高增福,谭笠,等.国内外换热器管子管板焊接技术综述［J］.压力容器,1995,12（2）:138-143. ［2］于启湛，丁成钢，史春元.不锈钢的焊接［M］.北京：机械工业出版社，2009. |
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