設備重疊時鎳基焊材的運用

王菊茹，王恩振，魏廣權

（營口慶營石化設備有限公司，遼寧 營口 115000）

重疊設備的重疊焊接接頭往往需要進行爐外局部最終熱處理，為避免熱處理，可以采用價格昂貴但具有良好耐熱、耐蝕性能的鎳基焊材施焊。我公司為某石化公司制造兩臺內壁全堆焊的2.25Cr－1Mo換熱器，兩臺換熱器以焊接形式重疊在一起，設計要求采用鎳基焊材堆焊坡口，制造前按照 JB4708－2000進行了焊接工藝評定，確定了重疊口的焊接工藝。重疊換熱器的大體結構，見圖1。

圖1 重疊換熱器的大體結構

1 焊接性分析

我公司購買由日本神戶制鋼生產的2.25Cr－1Mo鋼板，它屬珠光體耐熱鋼，具有很好的抗氧化性和熱強性，最高工作溫度可高達600 ℃，廣泛應用于石油工業和化學工業，是目前用于煉油廠最佳的抗氫鋼材料。其化學成分見表1，力學性能見表2。

表1 2.25Cr－1Mo鋼板化學成分 / %

其中回火脆性敏感性系數應滿足以下要求：

表2 2.25Cr－1Mo鋼板力學性能

珠光體耐熱鋼焊接的主要問題是熱影響區的硬化、冷裂紋、軟化以及焊后熱處理或高溫長期使用中的再熱裂紋。此外，Cr－Mo鋼還具有明顯的回火脆化現象。2.25Cr－1Mo鋼的碳當量非常大，淬硬傾向大，產生冷裂紋的可能性極大，因此在條件許可的情況下應適當地提高其預熱和層間溫度，以避免冷裂紋的產生。［1］

鎳基焊材無論是堆焊時，還是同材質焊接時主要應防止熱裂紋的產生。解決的辦法除選擇熱裂紋敏感性低的焊接材料外，還應做到降低線能量、降低預熱和層間溫度。

綜上分析，無論母材還是焊材都有較高的裂紋傾向，因此焊接工藝如何做才能有效防止冷、熱裂紋的產生和確保焊接接頭具有優良的綜合力學性能是此次焊接工作的關鍵所在。

2 焊接材料的選擇

根據以往使用鎳基焊材的經驗，決定采用較小線能量的手工鎢極氬弧焊和焊條電弧焊，焊接材料為 ERNiCr－3焊絲和ENiCrFe－3焊條。該兩種焊材的抗熱裂性能較好，且熔敷金屬具有良好的綜合力學性能。其具體化學成分和力學性能，見表3。

表3 ERNiCr－3焊絲和ENiCrFe－3焊條化學成分和力學性能

3 焊接工藝評定試驗和結果

正式焊接前我公司按 JB4708－2000制作了焊接工藝評定試板，試板尺寸為600 mm×300 mm×（38＋6）mm，其中38 mm為2.25Cr－1Mo，6 mm為E309 L/E347 L的堆焊層厚度。坡口堆焊時用焊條電弧焊，對接焊縫使用手工鎢極氬弧焊兩層焊條電弧焊填充、面層。所采用的焊接規范，見表4。

表4 焊接規范

表5 焊接接頭的力學性能

表6 焊縫的化學成分 / %

焊接工藝評定完全模擬實活，先在2.25Cr－1Mo板上按正常焊條電弧焊堆焊E309 L/E347 L堆焊試板表面→機加坡口→待堆焊面 MT→預熱 100～120 ℃→焊條電弧焊堆焊坡口端面→焊后最終熱處理→機加出坡口→氬弧焊兩層→焊條電弧焊填充、面層→RT檢測→機加試樣→理化試驗。理化試驗后得出的結果見表5、表6。

按標準要求該焊接工藝評定合格，說明此焊接工藝可用于實際生產。

4 設備的焊接

4.1 焊前準備

按常規方法首先在 2.25Cr－1Mo接管內壁堆焊 E309 L、E347 L，堆焊完畢后機加出接管一端的單U型外坡口（見I放大圖）。焊前在坡口表面及兩側20 mm范圍內進行清理，不得有氧化皮、油污及水銹等雜質。

4.2 坡口端面堆焊

堆焊采用焊條電弧焊，堆焊第一層時預熱 100～120 ℃，堆焊完第一層后立即進行350 ℃×2 h消氫處理，其余層不預熱但層間溫度應嚴格控制在100 ℃以下。焊接時盡量用小直徑焊條，采用短弧、小電流快速焊。堆焊10～12 mm后，再機加出單U型外坡口（見I放大圖），且必須保證機加后堆焊厚度不小于8 mm。

4.3 重疊

待接管及其附件與主體組焊后做最終熱處理 690 ℃×（4－6）h。兩換熱器水壓試驗合格后組對重疊。此時接管端部堆焊面及兩側20 mm范圍內應重新進行清理。組對間隙保證2～4 mm，錯邊量小于2 mm。

4.4 焊接

重疊口封底時用手工鎢極氬弧焊，且背面進行充氬保護。整臺設備處于充氬狀態，兩重疊口用寬膠帶封住，邊焊邊打開膠帶。氬弧焊兩層后，再采用焊條電弧焊。焊接時層間溫度嚴格控制在100 ℃以下。運條時盡量減少線能量，焊條盡量不擺動，若擺動可適當斜向擺動。焊接完畢時降下電流填滿弧坑，防止弧坑裂紋。焊接過程中為檢驗微小裂紋，每焊一層進行一次滲透檢測，檢查合格后方可焊下一層，這有利于控制層間溫度。滲透檢驗后一定要清洗掉滲透劑和顯像劑，以防止影響焊縫質量。

5 結論

（1）嚴格按上述工藝要求順利完成兩條重疊焊縫的焊接，進行100%射線檢測，探傷一次合格。整體水壓試驗一次合格。產品上的成功運用說明了所采用的焊接材料和焊接工藝的可行性，且具有推廣的價值。

（2）按照JB4708－2000標準對焊接接頭做了接伸、彎曲試驗，其結果合格則說明此焊接接頭具有良好的綜合力學性能。

（3）該裝置已經正式運行無任何異常現象，得到了用戶的好評。

1 周振豐、張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性［M］.北京：機械工業出版社，1993