CN109317789B - 换热器堆焊管板与t91换热管的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所述换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法，提出一种新的T91钢换热管与管板的焊接技术，以期有效地控制冷、热裂纹的产生，同时实现焊缝与母材的力学性能、耐腐蚀性能得以优化的设计目的。焊接方法包括有以下阶段，(1)坡口加工；(2)焊前预热，同时对管板与换热管进行整体式预热，预热温度在110至130℃之间；(3)角接头焊接,进行两遍填丝焊；(4)焊后热处理，温度升至330‑360℃，保温1小时；再升至720‑760℃，保温1小时。

Description

换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法
技术领域
本发明涉及一种应用于甲醇－反应气换热器的管板与T91钢管的焊接方法，具体地是15CrMo锻件与S32168不锈钢堆焊的管板与T91换热管进行角接头焊接的工艺，属于钢材焊接领域。
背景技术
目前工业制造中所使用的甲醇－反应气换热器，其管板材质通常为15CrMoIII锻件堆焊S32168不锈钢，其换热管的材质通常选用T91无缝钢管。
T91无缝钢管，因其具有耐高温、耐腐蚀及硬度高的特点被广泛应用于锅炉，近几年更是广泛地应用于DMTO化工装置的甲醇－反应气换热器。换热器是整个DMTO化工装置的关键设备，因其价格高昴一般没有备用设备。一旦出现泄漏事故，就会造成整个DMTO化工装置不能运行、且维修相当因难。所以上述管板与换热管的焊接质量必须得以可靠保证。
管板与换热管的焊接，涉及三种材质的焊接，其中尤以T91换热管的焊接性能最差。T91钢管由于其合金元素种类多，总含量达10％左右，具有相当高的空淬特性，焊接性能的主要问题环节是冷裂纹敏感性较强，以及一定的热裂纹倾向。同时也不可忽视其接头性能的弱化(焊缝区韧性恶化和热影响区的软化)。
如公开以下方案的在先申请，申请号CN201710383908.9，名称是一种T91钢焊接工艺，其主要过程包括焊前准备的步骤、焊前预热的步骤、采用手工钨极氩弧焊进行焊接的步骤和焊后热处理的步骤。在所述焊前准备步骤中，包括设置管道内充氩装置的分步骤；在所述采用手工钨极氩弧焊进行焊接的步骤中，包括向管道内充入氩气对焊缝背面进行充氩保护的分步骤。
上述在先申请，并不能解决以上焊接性能的问题，即其主要缺陷仍是无法克服与有效抑制冷、热裂纹的产生。对于保持焊缝与母材的力学性能和耐腐蚀性能，缺少针对性的技术手段。
合理的焊接工艺是控制与改善T91钢材焊接性能的重要途径，有鉴于此，特提出本专利申请。
发明内容
本发明所述换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法，在于解决上述现有技术存在的问题而提出一种新的T91钢换热管与管板的焊接技术，以期有效地控制冷、热裂纹的产生，同时实现焊缝与母材的力学性能、耐腐蚀性能得以优化的设计目的。
为实现上述目的，所述焊接方法是由15CrMo锻件与S32168不锈钢堆焊形成的管板与T91换热管进行角接头焊接。
焊接方法包括有以下阶段：
(1)坡口加工
采用数控钻床加工坡口，并在焊前用丙酮或酒精进行擦洗以保持坡口表面的清洁；
(1)焊前预热
同时对管板与换热管进行整体式预热，预热温度在110至130℃之间；
(2)角接头焊接
选用镍基合金ERNiCr-3氩弧焊焊丝，直径
Figure BDA0001887132190000021
进行两遍填丝焊；
焊接过程中，采取分区域拆除预热保温措施的方式；每个区域焊接前用红外线测温仪监控焊缝温度，每个区域焊接完成后立即进行300-350℃、2小时的消氢处理；全部焊完第一遍、且消氢完成后进行渗透检测，合格后按同样方式进行第二遍焊接；
焊接参数是，氩弧焊焊接电流153至187A，电压9至13V，焊速120至160mm/min，最大线能量12.16KJ/cm，道间温度110至140℃，氩气纯度99.99％，气体流量10至12L/min；
(4)焊后热处理，温度升至330-360℃，保温1小时；再升至740-760℃，保温1小时。
如上述方案采取的主要技术手段，在坡口加工阶段，采用数控钻床加工坡口，能够有效地保证坡口加工质量；
在焊前预热阶段，需达到预热温度110-130℃，且焊接过程中需要一直保持该温度。如果温度过低，则达不到焊接标准的要求；若温度过高，焊工则无法近距离焊接。
在角接头焊接阶段，采用两遍填丝焊工艺；分区域焊接时，每次拆除区域面积不宜过大，若区域过大则焊件温度会快速地下降，将无法保证所要求的焊前温度110-130℃；且容易产生较大的温度梯度，导致焊缝出现裂纹。
进一步地，由于管板直径与厚度较大，为保证稳定的焊前温度，在焊前预热阶段，可将管板整体包裹进行加热，并在换热管内填充岩棉进行保温。
由于T91钢管的冷、热裂纹最容易产生在收弧处，现有焊接手法需要对焊缝进行多次返修。即使缺陷修补完毕，焊缝处整体性能会因多次修补下降，产生质量隐患。为此，本申请采取在角接头焊接阶段，可在焊接完成角焊缝后将收弧点引到焊缝外管板的管桥处。即使产生了收弧裂纹，只要去除管板上的缺陷即可，避免焊缝上产生裂纹进行返修。
综上内容，本申请换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法具有的优点是，通过控制热处理温度及焊接参数，以及采用特殊的焊接手法，直接有效地保证了整体角接头焊接质量。因此，能够有效地控制冷、热裂纹的产生，同时保持焊缝与母材的力学性能和耐腐蚀性能。
附图说明
图1是角接头焊接示意图；
图2是焊前坡口示意图；
图3是采取现有技术焊接方法后的焊缝质量检测示意图；
图4是采取本申请焊接方法后的管板处收弧焊缝质量检测示意图；
如图1和图2所示，管板1，堆焊层2，换热管3，焊缝4。
具体实施方式
实施例1，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
所述的换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法，是将15CrMo锻件与S32168不锈钢进行堆焊形成管板后，再与T91换热管进行角接头焊接。具体地，
焊接方法包括有以下阶段：
(1)坡口加工，采用数控钻床加工坡口，并在焊前用丙酮进行擦洗以保持坡口表面的清洁；
(2)焊前预热，将管板整体包裹进行加热，并在换热管内填充岩棉进行保温。对管板与换热管进行整体式预热的温度是120℃；
(3)角接头焊接，选用镍基合金ERNiCr-3氩弧焊焊丝，直径
Figure BDA0001887132190000031
进行两遍填丝焊；焊接过程中，采取分区域拆除预热保温措施的方式；每个区域焊接前用红外线测温仪监控焊缝温度，每个区域焊接完成后立即进行350℃、2小时的消氢处理；全部焊完第一遍、且消氢完成后进行渗透检测，合格后按同样方式进行第二遍焊接；在焊接完成角焊缝后将收弧点引到焊缝外管板的管桥处；
焊接过程的相关控制参数有，氩弧焊焊接电流175A，电压12V，焊速150mm/min，线能量8.4KJ/cm，道间温度130℃，氩气纯度99.99％，气体流量12L/min；
(4)焊后热处理，温度升至350℃，保温1小时；再升至750℃，保温1小时；热处理升温速率不高于80℃/小时，降温速率不高于60℃/小时。
如上所述，结合附图和描述给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明的结构的方案内容，均仍属于本发明技术方案的权利范围。

Claims (3)

1.一种换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法，是由15CrMo锻件与S32168不锈钢堆焊形成的管板与T91换热管进行角接头焊接，其特征在于：焊接方法包括有以下阶段，
(1)坡口加工，采用数控钻床加工坡口，并在焊前用丙酮或酒精进行擦洗以保持坡口表面的清洁；
(2)焊前预热，同时对管板与换热管进行整体式预热，预热温度在110至130℃之间；
(3)角接头焊接，选用镍基合金ERNiCr-3氩弧焊焊丝，直径
Figure FDA0001887132180000011
进行两遍填丝焊；焊接过程中，采取分区域拆除预热保温措施的方式；每个区域焊接前用红外线测温仪监控焊缝温度，每个区域焊接完成后立即进行300-350℃、2小时的消氢处理；全部焊完第一遍、且消氢完成后进行渗透检测，合格后按同样方式进行第二遍焊接；焊接参数是，氩弧焊焊接电流153至187A，电压9至13V，焊速120至160mm/min，最大线能量12.16KJ/cm，道间温度110至140℃，氩气纯度99.99％，气体流量10至12L/min；
(4)焊后热处理，温度升至330-360℃，保温1小时；再升至740-760℃，保温1小时。
2.根据权利要求1所述的换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法，其特征在于：所述的焊前预热阶段，将管板整体包裹进行加热，并在换热管内填充岩棉进行保温。
3.根据权利要求2所述的换热器堆焊管板与T91换热管的焊接方法，其特征在于：所述的角接头焊接阶段，在焊接完成角焊缝后将收弧点引到焊缝外管板的管桥处。
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