奧氏體耐熱鋼換熱管與管板GTAW焊接工藝

李麗茹

（渤海船舶職業(yè)學院材料工程系，遼寧葫蘆島215005）

奧氏體耐熱鋼換熱管與管板GTAW焊接工藝

李麗茹

（渤海船舶職業(yè)學院材料工程系，遼寧葫蘆島215005）

根據(jù)NB/47014-2011附錄D的標準規(guī)定要求，對奧氏體耐熱鋼管殼式換熱器TP316L管材與S31603板材的焊接進行了焊接工藝試驗，該焊接工藝試驗采用GTAW焊接方法，選用含碳量及雜質(zhì)含量較低的H03Cr19Ni12Mo2Si實心焊絲，采用相應的焊接工藝措施進行施焊。并對焊后的焊接接頭進行外觀檢驗、金相檢驗及角焊縫的厚度檢驗，確定了滿足奧氏體耐熱鋼換熱管與管板焊接接頭性能的GTAW焊接工藝。

奧氏體耐熱鋼；換熱管；管板；焊接工藝

0 前言

管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板（擋板）和管箱等部件組成。管殼式換熱器因其結(jié)構(gòu)堅固、適應性大、制造工藝成熟等優(yōu)點，成為主要的化工換熱設備。換熱管與管板的連接是管殼式換熱器制造過程中的關鍵工序，其連接的質(zhì)量直接關系到換熱器的安全、穩(wěn)定運行。在此根據(jù)NB/47014-2011附錄D的標準規(guī)定，對奧氏體耐熱鋼TP316L管材與S31603板材的焊前無脹接的焊接工藝進行了研究，對管殼式換熱器制造技術(shù)具有一定的參考。

1 母材的化學成分和力學性能

該管殼式換熱器所用的換熱管與管板的試驗母材分別為TP316L和S31603奧氏體不銹鋼材料，供貨狀態(tài)為固溶處理。該換熱器的換熱管采用符合ASME SA249標準的TP316L不銹鋼標準管，規(guī)格為φ38.1mm×2.11mm。管板采用符合GB24511標準的S31603不銹鋼板材，規(guī)格20mm×300mm×250mm。TP316L與S31603屬于奧氏體不銹鋼，其牌號為022Cr17Ni12Mo2，化學成分和力學性能如表1、表2所示。

2 焊接性分析

022Cr17Ni12Mo2奧氏體耐熱鋼含有一定數(shù)量的Ni，易與雜質(zhì)S、P等形成低熔點共晶物。具有較低的熱導率、較高的電阻率和線膨脹系數(shù)以及高度致密的表面保護膜等，在焊接局部加熱和冷卻條件下，易產(chǎn)生較大的焊接殘余應力，在焊縫金屬結(jié)晶后期易形成熱裂紋。在焊接材料選擇時要嚴格控制焊縫金屬中碳和有害雜質(zhì)元素含量，控制熱裂紋產(chǎn)生。

3 焊接工藝

3.1 焊前準備

（1）為保證焊接質(zhì)量，焊前將管端外伸部分20mm范圍進行拋光處理，直至露出金屬光澤。

（2）在管板上采用等離子弧切割的方式開坡口，坡口形式如圖1所示。

（3）用丙酮清洗坡口周圍的油污。

（4）管板加工出10個孔，排列如圖2所示。試板孔直徑和允許偏差、管板孔中心距K以及試板孔的坡口尺寸按照GB 151中相關規(guī)定，管板孔中心距K不小于1.25倍換熱管外徑，K=1.25×38.1mm=47.6mm，在此取48 mm。

（5）將換熱管穿入管板中，預留伸出部分4～6mm。

3.2 焊接方法及焊接材料的選擇

該奧氏體耐熱鋼含有大量對氧親和力較高的元素，為保證其熱強性，選用的焊接方法應能保證其基本元素在所要求的范圍之內(nèi)，本焊接工藝采用GTAW（鎢極惰性氣體保護焊）進行焊接。為預防焊接時形成熱裂紋，需選用含碳量低、雜質(zhì)含量低的焊接材料。本工藝選用H03Cr19Ni12Mo2Si實芯焊絲進行焊接，焊絲直徑φ2 mm。

3.3 焊接工藝參數(shù)

換熱管與管板的連接方式為強度焊，焊前無脹接，管板的孔橋?qū)挾葹? mm。第一層采用不填絲鎢極氬弧焊進行焊接，鎢極直徑φ2.5 mm，噴嘴直徑φ16 mm，保護氣為Ar，純度大于等于99.99%；第二層采用填絲的鎢極氬弧焊，其焊接工藝參數(shù)見表3。

4 焊接接頭的質(zhì)量檢驗

4.1 外觀檢驗

對焊后的焊接接頭進行滲透檢驗，執(zhí)行JB/T4730.5-2005標準，Ⅰ級合格，檢驗結(jié)果顯示，被檢的10組焊接接頭試板均無裂紋產(chǎn)生。

4.2 金相檢驗

對焊接接頭進行金相檢驗，執(zhí)行NB/T47014-2011附錄D規(guī)定進行，按如圖3所示任取呈對角線位置的兩個管接頭切開，兩切口互相垂直。切口一側(cè)面應通過換熱管中心線，該側(cè)面即為金相檢驗面，共有8個，其中應包括一個取自接弧處，焊縫根部應焊透不允許有裂紋、未熔合。檢驗結(jié)果如表4所示。

4.3 角焊縫厚度測定

在8個金相檢驗面上測定角焊縫厚度。每個焊縫厚度都應大于或等于2b/3（1.41 mm）。檢驗結(jié)果如表4所示。

5 結(jié)論

通過對奧氏體耐熱鋼換熱管與管板的GTAW焊的焊接工藝評定試驗，結(jié)果表明，采用焊前無脹接的強度焊接方式，按上述焊接工藝對022Cr17Ni12Mo2奧氏體耐熱鋼換熱管與管板的焊接，其焊接接頭質(zhì)量優(yōu)良，滿足換熱管與管板焊接接頭的質(zhì)量要求。

Welding procedure for tube-tube sheet of Austenitic heat-resistance steel by GTAW

LI Li-ru
（Department of Materials Engineering of Bohai Ship Building Vocational College，Huludao 215005，China）

On the base of NB/47014-2011 （Appendix D）,the welding procedure tests have been made between austenitic heatresistance steel tube TP316L of shell heat exchanger and plate S31603 with GTAW.The welding wire is H03Cr19Ni12Mo2Si.It contains low carbon and impurities.The proper welding process measures are taken during welding.After welding,the visual inspection,metallographic examination and thickness inspection of the fillet weld have been made.The GTAW procedure that meet the properties of the welded joint between austenitic heat-resistance steel heat exchange tube and tube sheet is obtained. .

Austenitic stainless steel；heat exchanger；tube plate；welding process

TG444+.74

：B

：1001-2303（2014）02-0060-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.13

2013-09-21

李麗茹（1971—），女，遼寧葫蘆島人，碩士，主要從事金屬材料焊接工藝的研發(fā)工作。