0引言

    换热器是在工业生产中实现物料之间热量传递过程的一种设备。它是化工、炼油、动力、原子能和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备对于迅速发展的化工、炼油等工业生产来说，换热器尤为重要换热器就是用来进行各种不同热过程传递的设备．通过这种设备．以便使热量从温度较高的流体传递给温度较低的流体．以满足工艺上的需要总之．换热器在化工生产中的应用是十分广泛的．任何化工生产企业几乎都离不开它。在换热设备中．应用最广泛的是管壳式换热器目前这种换热器被当作为一种传统的标准换热器．在许多工业部门中被大量地使用尤其在化工生产中．无论是国内还是国外，它在所有的换热设备中．仍占主导地位。各种换热器广泛地应用在石油化工、化学动力等的工业生产中换热器是这些生产流程中的重要组成部分在换热器的制造中．为了免除一些焊缝的热处理．存在着大量异种材料的焊接接头由于异种材料在物理性能方面如熔化温度、热导率、线膨胀系数和电阻系数等方面存在明显差异．所以其焊接具有一定的难度某高压换热器为双壳程结构型．其连通接管为14Cr1MoR珠光体耐热钢端面堆焊镍基的异种材料结构形式由于这几条焊缝是在产品完成最终焊后热处理之后进行焊接的．而使用镍基材料焊接则可以免去热处理．所以焊缝的填充金属最终选择使用Inconel625合金材料

    1试验材料14Cr1MoR钢属于珠光体耐热钢．具有良好的塑性、抗氢腐蚀能力、抗氧化能力和较好的焊接性能。因此．该钢常用来制造各类临氢设备和换热器等石油化工的炼制设备其化学成分和力学性能分别见表1和表2

14CR1MOR钢化学成分

    从表1，表2可以获知．14Cr1MoR钢具有较高的强度、塑性和冲击吸收功．并且合金元素含量较多，具有较高的淬硬倾向。因此，焊前需进行预热，焊后应立即进行后热处理焊后热处理不仅消除焊接残余应力．更重要的是使接头各区的组织稳定化．保证焊接接头的性能铁镍基合金物理性能具有以下特点：①熔点低；②线膨胀系数介于奥氏体不锈钢与碳素钢之间，这也是其可以用来作为奥氏体不锈钢与碳素钢之间异种材料焊接的焊接材料的重要原因之一：③热导率比碳素钢的热导率低得多．而比电阻却比碳素钢的比电阻高得多．这一点直接影响其焊接性和焊接工艺参数的选择镍基耐蚀合金具有优良的耐热和耐蚀性．在石油化工、电力和宇航等行业获得越来越多的应用根据设计图样要求．连通接管端面的隔离层和焊缝部分的填充金属使用Inconel625合金的焊接材料进行焊接。根据ASME规范第Ⅱ卷材料C篇：In．conel625合金使用的焊材分别为：焊条电弧焊焊条的型号为ENiCrMo一3：手工氩弧焊焊丝的型号为ERNiCrMo一3其中焊条ENiCrMo一3熔敷金属的化学成分和力学性能分别见表3和表4

ENICRMO-3焊条熔敷金属化学成分

    从表3．表4可以看出．Inconel625合金具有高的强度、优良的耐热和耐腐蚀性，其在石油石化类容器和换热器中应用十分广泛。

    2焊接工艺评定按照NB／T47014—2011《承压设备焊接工艺评定》的要求，试板材质为14CrlMoR钢，试板厚度为30mm，长度和宽度满足取样要求。工艺评定试板接头形式示意图如图1所示。

工艺评定试板接头形式

堆焊焊接材料及焊接工艺参数

组焊焊接材料及焊接工艺参数

    2．1堆焊隔离层在14CrlMoR钢上堆焊Inconel625合金隔离层．考虑到母材和母材对堆焊层金属有稀释作用．为了防止产生焊接裂纹，堆焊第1层Inconel625合金之前需要进行预热，预热温度≥100．堆焊后缓冷即可。在堆焊完第1层Inconel625合金后．其余各层均采用冷焊工艺，并注意控制道间温度堆焊过程中，尽可能采用小的焊接工艺参数、短弧和较快的焊接速度，其中焊接工艺参数需严格按照表5中的规定执行试板堆焊后，按JB／T4730--2005《承压设备无损检测》中的规定进行100％PT，100％UT探伤检测．合格等级为I级。探伤合格后，试件按NB／T47015--2011《压力容器焊按规程》中的规定，14CrlMoR钢的热处理温度为650～690℃．保温时间为6h。进行热处理后，试件按照图1所示的坡口形式加工坡口

    2．2组焊产品图样要求结构的焊缝为全焊透焊缝．由于焊缝背面无法进行清根操作．该试板采用钨极氩弧焊+焊条电弧焊进行焊接为了保证焊缝背面的成形质量和不被氧化．在焊接时焊件背面使用氩气进行保护在施焊过程中．焊接工艺参数严格按照表6中的规定执行镍基合金材料的焊接具有以下特点：

    ①镍基耐蚀合金具有较高的热裂纹敏感性．产生热裂纹的原因有冶金因素和工艺因素．其中冶金因素起主导作用；

    ②对焊接表面的杂质元素敏感，焊接时应当使焊接表面保持清洁；

    ③对焊接热输入敏感，焊接时应当限制焊接热输入．防止晶粒长大和产生热裂纹等焊接缺陷；

    ④液态熔敷金属流动性差和焊缝金属熔深浅根据上述镍基合金材料的特点．为了防止产生热裂纹和气孔等焊接缺陷。在焊接过程中，需要采取一定的工艺措施来保证焊接的质量具体措施如下：

    (1)由于镍基焊接材料对焊件表面的油污、湿锈及含有S．Ph等杂质的危害更为敏感。所以焊接前一定要彻底清理待焊接区表面。用砂轮将焊接坡口表面及坡口两侧各50mm范围内进行打磨．直到露出金属光泽，并使用丙酮或酒精溶液进行清洗。经过这些处理可以保证焊接时不会产生气孔、裂纹等缺陷

    (2)焊接前对焊丝表面进行化学或机械清理，去除已氧化的端部。焊接时，应使焊丝不要从保护气中露出

    (3)焊条在使用前要充分烘干，烘干温度一般在250～350℃，保温2h。

    (4)焊接时应当使用小电流、短弧操作，运条时焊条不作横向摆动．并使用尽可能快的焊接速度

    (5)焊完1道后，要待工件冷却至不烫手时方可再焊下1道严格控制道间温度．一般道间温度应控制在100oC以下

    (6)为防止弧坑裂纹．每根焊条焊完后需将弧坑处打磨：终断弧时，一定要将弧坑填满或把弧坑引出工艺评定试板的对接焊缝焊接完成后．按JBFF4730--2005进行100％PT及100％RT探伤．合格等级分别为I级和Ⅱ级

    2．3工艺评定结果分析在焊接试样探伤合格后．按照NB／T47O14—2011《承压设备用焊接工艺评定》中的要求，对焊接试样进行了拉伸试验、弯曲试验和14Cr1MoR钢侧的热影响区的冲击试验．具体的试验结果见表7

力学性能试验结果

    从表7焊接试样试验结果可以看出．抗拉强度满足了母材抗拉强度的要求．并具有较高的强度储备14CrlMoR钢的热影响区冲击试验结果满足冲击韧度的要求．并且与母材的冲击性能接近．基本没有降低．证明在堆焊完Inconel625合金后进行最终焊后热处理．对热影响区性能起到改善作用采用Inconel625合金焊接时．在焊接过程中对14Cr1MoR钢的性能没有产生不利的影响．证明隔离层起到作用且工艺参数合理弯曲试验结果表明在焊缝和热影响区内不存在焊接缺陷．且焊缝的韧性没有降低．说明所采取的焊接工艺措施可行，并能获得满足要求的焊接接头

    3结论

    (1)根据镍基合金材料所具有的特点，在对其进行焊接时采取合理措施．并严格按照工艺的要求执行．能够有效防止焊接缺陷的产生．并获得满足要求的焊接接头

    (2)焊件经无损检测合格后，其拉伸性能、冲击性能、弯曲性能均能够满足要求。

    (3)随着镍基材料在换热器中应用的愈加广泛，该焊接工艺的合理性为同类型换热器的焊接积累了丰富的经验。因此，本工艺对国内换热器生产厂家具有一定的借鉴意义。

    参考文献：

    [1]秦叔经，叶文邦．化工设备设计全书：换热器[M]．北京：化学工业出版社．2003．

    [2]李箕福，王移山，薛春月．不锈钢及耐蚀耐热合金焊接100问[M]．北京：化学工业出版社，2000

    [3]ASME压力容器建造规程第Ⅱ卷：c篇

(2010版)一焊条、焊丝及填充金属[S]．