王強(qiáng)強(qiáng)

（大慶石化公司熱電廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

換熱器長(zhǎng)期在高溫高壓下使用，對(duì)設(shè)備材料要求高，選用GH35 高溫鎳合金作為反應(yīng)器材料，GH35 合金材料由于具有優(yōu)異的高溫力學(xué)性能和耐腐蝕性能，目前已廣泛應(yīng)用于工業(yè)和石化行業(yè)。在這種高參數(shù)高壓下，國(guó)內(nèi)許多生產(chǎn)裝置缺乏相應(yīng)的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品安全和質(zhì)量無法保證，生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)問題，因此有必要對(duì)此類材料和大家電的制造工藝進(jìn)行審查，以提高產(chǎn)品的安全性和質(zhì)量，優(yōu)化和改進(jìn)生產(chǎn)工藝。

1 GH35 合金開裂機(jī)理分析

GH35 合金由于其再生性能，在焊接過程中極易開裂，成為承壓設(shè)備中最危險(xiǎn)的缺陷，因此是大型換熱器生產(chǎn)過程中重要的質(zhì)量控制內(nèi)容。

許多科學(xué)家對(duì)GH35 合金材料的焊接性能進(jìn)行過研究，一般認(rèn)為GH35 合金線膨脹系數(shù)高，鎳易消化硫和磷，在焊接過程中容易分離出一些雜質(zhì)和低熔點(diǎn)物質(zhì)，導(dǎo)熱系數(shù)低、熔點(diǎn)低、流量小，在晶界處堆積，易產(chǎn)生熱裂紋，使生產(chǎn)質(zhì)量失去控制。國(guó)內(nèi)幾臺(tái)生產(chǎn)這種換熱器的換熱器就出現(xiàn)過這類故障，幾乎就是這種故障導(dǎo)致的：主焊縫在水壓試驗(yàn)過程中出現(xiàn)裂紋，經(jīng)多次修補(bǔ)后仍無法解決。圖1 和圖2 分別為GH35 合金換熱器制造過程中主接管燈絲焊和對(duì)接焊的裂紋缺陷。

圖1 設(shè)備接管角焊縫裂紋

圖2 主體環(huán)焊縫貫穿性裂紋

2 焊接質(zhì)量控制

焊接前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，焊接應(yīng)以焊接工藝評(píng)定為基礎(chǔ)。應(yīng)根據(jù)焊接機(jī)理采用適當(dāng)?shù)暮附庸に?，以?yōu)化焊接工藝并檢查焊接裂紋。

2.1 區(qū)域準(zhǔn)備

（1）為保證物種的良好聚集性，應(yīng)加大溝道角度、減小根緣厚度，避免過熱，不能通過增加焊接流量來改善液態(tài)金屬的流動(dòng)。

（2）為保證良好的混合，厚板產(chǎn)品應(yīng)選擇雙U形區(qū)，坡口加工應(yīng)采用熱效應(yīng)較小的機(jī)械加工或等離子切割。

（3）焊接前，應(yīng)將實(shí)體及其周圍區(qū)域清理干凈，并浸泡在20 mm 深的水中。

2.2 焊接材料

高鎳含量提高了熔敷金屬的耐熱性和耐腐蝕性，焊接材料為Ernicr-3 和Ernicr-2 的焊絲和焊條，嚴(yán)格控制硫、磷等焊接材料的含量，減少冷卻時(shí)焊縫中的雜質(zhì)含量，減少晶界處的沉積，減少焊條熱裂傾向（圖3）。

圖3 對(duì)接焊接接頭

2.3 焊接方法

焊接方法一般應(yīng)考慮質(zhì)量控制和焊接效率。手工焊接采用涂層焊接，埋弧焊焊接，由于散熱困難、安全系統(tǒng)高、壓力集中，采用小電流TIG（鎢極惰性氣體保護(hù)焊）方法焊接整個(gè)噴嘴圓角，也可與氬弧焊、手工焊、水下電弧焊相結(jié)合。

2.4 焊接措施

采取的焊接措施有：焊接時(shí)采用水管冷卻容器壁，加快冷卻速度；在焊接過程中應(yīng)采用紅外測(cè)溫儀進(jìn)行交互式測(cè)溫；焊接過程中冷卻水管容器壁；篩分過程應(yīng)盡量少用能量（低電壓、低電流、高焊接速度、多層焊接）；內(nèi)部溫度應(yīng)嚴(yán)格低于標(biāo)準(zhǔn)溫度；應(yīng)使用短卡，電極應(yīng)正確傾斜，擺動(dòng)不應(yīng)超過電極直徑的2.5 倍，焊接時(shí)盡量采用平焊位置。

2.5 缺陷糾正

在GH35 合金大型換熱器的生產(chǎn)中，缺陷的糾正也是一個(gè)重點(diǎn)，由于材料經(jīng)過焊接金屬化處理，再焊接降低了材料的焊接性，在修復(fù)過程采用專用不銹鋼磨盤進(jìn)行打磨。另外，為避免熱裂紋，宜采用氬弧焊。

3 生產(chǎn)過程中的破壞性試驗(yàn)

針對(duì)這些產(chǎn)品焊接過程中熱裂紋的特點(diǎn)，確定了針對(duì)性的無損檢測(cè)策略。

3.1 焊接工藝無損檢測(cè)驗(yàn)證

這些材料易開裂，發(fā)現(xiàn)裂紋臺(tái)階、大量修補(bǔ)、重板裝置焊接后難以修復(fù)，無損檢測(cè)焊接方法的應(yīng)用已納入質(zhì)量控制范圍，如AB 級(jí)雙U 后焊，應(yīng)在每個(gè)焊縫焊接后進(jìn)行滲透檢測(cè)，并及時(shí)打磨和糾正表面誤差。氬弧焊完成后，在焊接過程中引入NDIT 中心質(zhì)量控制的優(yōu)點(diǎn)是可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接過程中的缺陷，對(duì)部分焊縫進(jìn)行了識(shí)別手工焊和自動(dòng)浸弧焊的NDIT 工藝是相同的，方便裂縫定位和修復(fù)。此類設(shè)備通常要求對(duì)AB 類焊縫進(jìn)行100%射線照相試驗(yàn)，并要求對(duì)CD 類焊縫進(jìn)行100%射線照相試驗(yàn)。

由于厚度等原因，部分負(fù)膜質(zhì)量可能不完全滿足射線焊接工藝試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，但作為質(zhì)量控制項(xiàng)目，它具有重要作用：可以大大減少維修次數(shù)，避免大面積維修以及多次維修導(dǎo)致材料性能惡化，避免裂紋無法修復(fù)，減少生產(chǎn)故障。

3.2 提高無損檢測(cè)靈敏度

如果X 射線不能穿透壁厚，應(yīng)首選X 射線機(jī)作為X 射線輻射源。如果X 射線不能穿透壁厚，則應(yīng)首選Ir-192 光源而不是Co60，以提高X 射線檢測(cè)的靈敏度。為提高證據(jù)的誤碼率，應(yīng)考慮影響證據(jù)敏感性的因素，以提高證據(jù)的敏感性。結(jié)果表明，提高了檢測(cè)靈敏度和缺陷的最低檢出率，避免了微裂紋等危險(xiǎn)缺陷的排除，保證集裝箱的安全和質(zhì)量。

3.3 增加無損檢測(cè)方法和次數(shù)

為提高缺陷檢出率，應(yīng)增加無損檢測(cè)次數(shù)，在容器生產(chǎn)過程中廣泛采用無損檢測(cè)方法。除了滲透試驗(yàn)方法外，還可以采用有毒、相射線、聲發(fā)射等先進(jìn)的無損檢測(cè)方法來檢測(cè)此類裝置的裂紋。壓力試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)選擇一些焊縫進(jìn)行試驗(yàn)，并選擇一定比例進(jìn)行試驗(yàn)。除了傳統(tǒng)的無損檢測(cè)方法外，在焊接過程中還可以用增加超聲波方法來控制表面質(zhì)量。

4 熱處理質(zhì)量控制

JB 4756—2006《鎳及鎳合金制換熱器》規(guī)定，含有鎳及鎳合金的換熱器必須經(jīng)過焊后處理或熱穩(wěn)定處理，鈦和鈮可以在敏感溫度區(qū)沿晶界完全形成非常穩(wěn)定的碳化鈦和碳化鈮以及Cr23C6 的沉積，GH35 合金的耐晶腐蝕性能得到了提高。

局部熱處理通常采用耐用的線材加熱方法，還應(yīng)配備自動(dòng)溫度記錄裝置，以符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。有些裂紋是由于熱處理不當(dāng)，特別是局部熱處理不當(dāng)引起的。換熱器的熱處理可分為不可分割的熱處理和局部熱處理，嚴(yán)格控制氣體中硫含量在0.57 g/m3以下；如果用油爐加熱，油的硫含量應(yīng)低于0.5%，以免損壞對(duì)設(shè)備有害的雜質(zhì)。由于窯內(nèi)熱處理的整體效果良好，應(yīng)首選整個(gè)熱處理，在條件允許的情況下，嚴(yán)格按照GB 150—2011《鋼制壓力容器》和JB 4756—2006 標(biāo)準(zhǔn)制定和應(yīng)用合適的熱處理工藝參數(shù)，對(duì)整個(gè)爐的熱處理，宜采用電爐而非煤爐。具有自動(dòng)溫度記錄裝置和其他適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和設(shè)備。因此，設(shè)備熱處理后應(yīng)進(jìn)行無損檢測(cè)和抽查。

5 熱加工質(zhì)量控制

厚板的頭部通常通過加熱來制造，頂置加熱過程的質(zhì)量控制要點(diǎn)是通過初、終沖壓的溫度和變形速率來控制的。動(dòng)態(tài)再生發(fā)生在975～1100 ℃區(qū)域，熱變形后的顯微組織均勻，為最佳熱加工范圍：為避免C23C6 在奧氏體不銹鋼敏感區(qū)的界面間沉積，加熱溫度不應(yīng)影響材料的物理狀態(tài)；溫度必須低于1050 ℃；溶液溫度和停止點(diǎn)溫度不得低于870 ℃。一般情況下沖壓兩次后必須放置在緊靠地面的冷水池中，由于熱壓縮成形變形大，冷卻水后必須進(jìn)行無損檢測(cè)，以避免頭部焊縫斷裂。

6 結(jié)論

在尖銳裂紋的控制下，GH35 合金大型換熱器制造難度提高。根據(jù)材料特點(diǎn)、裂紋產(chǎn)生機(jī)理及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，提出了質(zhì)量控制措施，并成功應(yīng)用于多個(gè)大型GH35 合金換熱器的制造。