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12Cr2AIMoV钢换热器芯子焊接制造点击：1806 日期：[ 2014-04-26 22:21:19 ] |
| 12Cr2AIMoV钢换热器芯子焊接制造 李葵 李玉虎 (金州重型机器厂设计处) 摘要：管板为1 6 Mn锻件基休土爆炸复合12Cr2AIMoV薄板，换热管为12Cr2AIMoV。对该换热器材料的特性进行了分析，进行了焊接试验和焊接工艺评定，并以此为依据制定了焊接工艺，解决了12Cr2AIMoV钢换热器芯子的焊接制造问题。 关键词：热换器焊接12Cr2A]MoV不锈钢 我厂于1999年4月与大连石化公司签定了五台换热器芯子生产合同，换热器管板为16Mn锻件基体上爆炸复合12Cr2AIMoV板，换热管为12Cr2AIMoV。在对材料特性进行分析后，进行了一些试验研究，并以此为根据制定焊接工艺，完满解决了12Cr2AIMoV钢换热器芯子的焊接制造问题。 1 12Cr2AIMoV钢简介 12C r2 AI MoV作为化工设备用耐腐蚀钢，是我国六、一匕十年代研制出的钢种，这类钢的出现一定程度上缓解了我国镍金属缺乏的状况。12Cr2AIMoV钢厂家牌号为“上104"，其化学成分见表1，机械性能(供货状态为正火十回火)见表20 12C r 2A IMoV中，Cr,M o ,A l,V 作为主要合金元素加入到钢中。形成以Cr-Mo-川-V为基的铁素体一珠光体钢，其化学成分、金相组织均与含V的Cr-M。珠光体耐热钢非常相似。加入铝(At)脱氧的同时还细化了品粒.提高了钢的低温韧性，改善了钢的抗氧化性及在氧化性酸、H=S气体中的耐腐蚀性.」。一些化工厂用该钢制造塔盘，因其具有良好的耐II, S,HCl J,q蚀的性能，故还被逐步推广到换热器土。 2 焊接性分析 12C r2 AI MoV钢化学成分、金llj组织与含Cr2.25 、含Moo.5 的钢才f1似。因此。珠光体耐热钢焊接时容易发生的问题也同洋会发生在12Cr2AIMoV钢上。 2. 1 焊 接冷裂纹 材料碳当量对焊接冷裂纹的5M1;响限大。国际焊接学会(11W)的碳当量计算公式如下: 12C r2 AI MoV的CE为0.73 9(以材料质量证明书中的数据代入公式算得)，碳当量偏高，属淬硬倾向与冷裂敏感性较强的材料。并且，钢中的磷(P)使近缝区最高硬度值增加，促使其冷裂敏感性增加。所以焊接过程中必须采取预热、缓冷等方法以降低淬硬倾向和防止冷裂纹的产生。此外，通过增大线能量来降低接头冷却速度和延长扩散氢逸出时间也是行之有效的工艺措施。 2.2 焊 接热裂纹及再热裂纹 12C r2 AI MoV材料中的硫、磷等杂质元素含量偏高。由于硫在焊缝金属中极易与铁或其它合金元素形成低熔点共晶物而导致焊接热裂纹的产生，磷会导致熔池结晶过程中沿熔池中心线方向区域偏析现象的出现，所以12Cr2AIMoV钢焊接接头具有一定的热裂倾向。如果采用低S, P的焊接材料，可以有效防止热裂纹的产生;减小接头的刚性拘束程度，也对防止热裂纹的产生具有积极的作用。Cr ,M o ,V 三种合金元素均能引发再热裂纹，所以12Cr2AIMoV焊后热处理后易产生再热裂纹，应制定合理的热处理规范以避免再热裂纹的产生。 2.3 焊 接接头的回火脆性 回火脆性的产生是由于在回火温度范围内P, As, Sn, Sb等杂质元素在奥氏体晶界偏析而引起的，是一种晶界脆化现象，此外，还与促进回火脆化的元素Mn,S i有关。焊接材料中的杂质较难控制，要获得低回火脆性的焊缝金属就必须严格控制P, Si的含量[3]。 另外，焊 接热影响区也存在软化问题。减小线能量及降低预热温度会减小软化区域和软化程度，但这种措施会增大产生冷裂纹倾向和降低接头韧性，所以在确定焊接线能量时，必须综合考虑接头各种性能的要求。 3 焊接试验 3.1 焊 接性试验 根据上述焊接性分析，选用斜Y型坡口焊接裂纹试验方法来进行焊接性试验。目的是了解12Cr2AIMoV钢在焊接热循环下，焊接热影响区产生冷裂纹的倾向，以确定该钢种在拘束条件下防止产生裂纹的临界预热温度。 12Cr2AIMoV中Cr, Mo合金元素含量介于15CrMo (1. 25C:一0. 5Mo)和2. 25Cr一Imo之间，因此我们推断12Cr2AIMoV的临界预热温度与这两种钢相近。 试验按GB4675.1 -8 4((斜Y型坡口焊接裂纹试验方法》进行。试验条件见表3，试验结果见表4。 由表4可知，12Cr2AIMoV钢的斜Y型坡口焊接裂纹试验的临界预热温度为120 C，即只有在预热温度)120℃的条件下，焊接时才不会产生裂纹。斜Y型坡口焊接裂纹试验，试件的厚度一般为9-38mm，本试验采用的8mm薄板其拘束度比厚板小许多，所以实际生产中把临界预热温度提高一些，即焊前预热温度)150'C。从12Cr2AIMoV钢的斜Y型坡口焊接裂纹试验中可以看出:该钢种的焊接性和Cr, M。合金含量与之相近的珠光体铬钥钢相类似。 在该试验基础上，对对接接头进行了机械性能试验(焊接工艺评定)，施焊参数见表3，试验结果见表5。试样焊后进行回火处理，焊后热处理规范的制定主要以母材为准，焊后热处理温度低于母材回火温度30.50℃或低于Acl点30-50`C(一般情况下不得超过母材回火温度)，焊后热处理时间按母材厚度选取。根据母 材供货状态并考虑引发再热裂纹的Cr, Mo, V三种合金元素的影响，制定了如图1所示的焊后热处理规范。 由表5可见，使用R317焊条焊接12Cr2AIMoV板时所得到的焊接接头其机械性能完全满足使用要求。 3.2 管 一管板焊接 在这五台换热器制造之前，先进行了手工钨极氢弧焊(GTAW)焊接管一管板试验。考虑到焊接材料应该与母材化学成分相近、机械性能匹配，并兼顾耐腐蚀性，选用H08CrMoVA(GB/T14957一94)焊丝，其化学成分见表6, 焊接时采用先自熔、后填丝的方法。为防止过大的淬硬倾向和冷裂纹的出现，焊前预热且预热温度妻150'C。为防止焊接热影响区的软化，必须适当减小线能量(与相同试验状况下的16MnR钢相比，焊接电流约减小1000，焊接速度约增大15%-20%)。焊前彻底清理坡口及其附近区域以防止产生气孔、裂纹，控制层间温度蕊250'C。试验焊接规范见表70焊后热处理规范见图1, 管一管板焊接接头型式及管孔排列如图2所示(GBI51一89附录C)。 焊接接头宏观检验八个剖面均未发现缺陷，剖面焊喉尺寸H值最小为1. 9mm，满足H)2t/3 (t为管壁厚)。 焊接接头硬度检验值(HV10)见表9, 4 生产实践 在上述试验的基础上，我们制订了下述基本制造思路: (1) 严格装配:保证装配精度，制止强力组装。 (2) 确定科学的管头焊接顺序以降低应力。 a) 在两侧管板之间相对应的位置上同时焊接。 b) 先装配点焊通过中心管的十字垂线上的两排管。 c) 先焊接管板中心部分的管。 (3) 严格执行焊接工艺规范:管头焊接前，必须按焊接工艺规程的规定对管头进行预热，焊工施焊时须严格遵守各项工艺规范参数。 生产实践证明:在试验基础上制定的焊接工艺是能够满足工程要求的。随着这几台换热器芯子的制造完成，我厂从技术部门到车问/工，基本掌握了这种材料的焊接制造工艺。这五 台换 热器芯子焊接完成后.进行了一系列检验，包括水压试验、100 Y着色检验(水压试验前后各一次)，结果是令人相当满意的。 在五台产品中，其中一台的换热管材质为08CrAlMo，在产品施焊前，对08CrAlMo换热管与12Cr2AIMoV/16Mn复合管板的焊接作了工艺评定，结果也是令人相当满意的。口前.这五台12Cr2A]MoV钢换热器芯子已交付川户并安全运行了两个月.用户的反映也是相当好的。 参考文献 1 北京金属结构厂.金属材料手册.北京:冶金工业出版社.1978. 2 北京钢铁研究总院.世界钢号手册北京:饥城工」I-IM版社 ， 1980. 3 周振丰主编焊接冶金学，北京:机城工业出版社.1995 |
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