20鋼換熱管與Q345R鋼管板的焊接工藝

陳堅 唐照國 黃煜(新昌德力石化設(shè)備有限公司,浙江 新昌 312500)

管殼式換熱器傳熱效果好，因而廣泛應(yīng)用于化工行業(yè)。換熱器傳熱效果好壞的關(guān)鍵在于折流板的設(shè)置和換熱管的導(dǎo)熱性能。為了得到好的換熱效果，換熱管較薄，管板較厚，厚度相差很大，因而換熱管與管板的焊接難度較大，而管板與換熱管的焊接質(zhì)量直接影響到換熱器設(shè)備的使用和安全。為此，對20鋼換熱管與Q345R鋼管板的焊接工藝提出了改進，并進行了焊接工藝附加評定，并按照評定合格的焊接工藝進行施焊設(shè)備。

1 母材

20鋼為低碳鋼，是容器用管中常見的一種材料，屈服強度為245MPa。Q345R為低合金高強鋼，是容器用板中常見的一種材料，屈服強度為345MPa。20鋼和Q345R碳當(dāng)量小于0.4%，因而焊接性能比較好，適用于各種焊接方法。

2 焊接工藝附加評定

2.1 焊前準(zhǔn)備

2.1.1 根據(jù)NB/T47014附錄D的規(guī)定，選用的Q345R試板，尺寸為150×120×20，選用的20鋼換熱管，尺寸為φ19×2，L=80，采用手工鎢極氬弧焊和自動鎢極氬弧焊各焊接一副試件。

2.1.2 試板鉆管孔及坡口按圖1要求加工。（手工氬弧焊時h=2，自動氬弧焊時h=1）

圖1 試板鉆孔及倒角示意圖

2.1.3 焊前將試板及換熱管口端部20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹清除干凈，以免影響

焊接質(zhì)量。

2.1.4 焊接前裝配時按圖1要求，將管子伸出管板4-6mm，換熱管與管板用氬弧焊進行定位焊，定位焊時采用不加絲的自熔焊。

2.2 焊接

2.2.1 手工鎢極氬弧焊

a.為了見證換熱器設(shè)備的焊接質(zhì)量，試件焊接位置和換熱器設(shè)備施焊位置一致，采用水平固定焊。分兩層焊接，第一層采用不填絲的自熔焊，焊接時焊槍不擺動；第二層采用填絲焊，焊接時填充絲均勻送進，焊槍則需要小幅度的擺動，以不產(chǎn)生咬邊，焊出的焊縫勻稱美觀。

b.選用焊接工藝參數(shù)時應(yīng)考慮焊接電流不能過大，也不能過小，過大容易燒穿管壁，難以熔化厚度大的管板，容易造成未熔合。焊接工藝參數(shù)見表1。

2.2.2 自動鎢極氬弧焊

自動鎢極氬弧焊機是專門用來焊接換熱管與管板的自動化焊機。

c.將焊接程序設(shè)計為分2層焊接，均為填絲焊，焊接時焊槍不擺動，起弧點選在時鐘9點位置，連續(xù)焊兩層，由于換熱管與管板裝配間隙不完全均勻，焊接過程中注意觀察電弧位置，有偏移時注意調(diào)整。

d.選用焊接工藝參數(shù)時應(yīng)將程序設(shè)置為適當(dāng)?shù)暮附与娏骱碗妷?，焊接基值電流能穩(wěn)弧，峰值電流能焊接，保證能坡口根部焊透又不焊破管壁。并設(shè)置好脈沖頻率4-5和脈比寬35-45%。焊接工藝參數(shù)見表1。

表1 焊接工藝參數(shù)表

2.3 檢驗與結(jié)果評定

按NB/T47014-2011附錄D要求進行表面檢測、宏觀金相分析和角焊縫厚度測定。按JB/T4730規(guī)定進行了滲透檢測，檢測后發(fā)現(xiàn)無裂紋。按NB/T470

14-2011附錄D要求進行金相取樣，經(jīng)檢查金相檢驗面焊透、無裂紋，角焊縫厚度均大于2mm。根據(jù)NB/T47014-2011附錄D的合格指標(biāo)，本次評定合格。

3 換熱器設(shè)備施焊

為了見證焊接工藝附加評定的正確性，產(chǎn)品施焊時嚴(yán)格按評定使用的焊接工藝參數(shù)和焊接操作方法進行施焊。換熱器設(shè)備施焊條件和焊接工藝附加評定施焊條件基本一致，但換熱器設(shè)備施焊應(yīng)考慮更多的因素，例如焊接變形、生產(chǎn)效率等，因而產(chǎn)品施焊時應(yīng)正確安排施焊順序和施焊方法。手工鎢極氬弧焊時，先將每個換熱管口的第1層焊好，再焊接第2層。自動鎢極氬弧焊時，則每個管口一次性焊完。列管間采取發(fā)散型焊接（如圖2所示）。設(shè)備焊完后經(jīng)耐壓試驗，沒有發(fā)現(xiàn)換熱管口的焊縫泄漏。

圖2 換熱器管口的焊接順序

實踐證明，按照上述的焊接工藝和操作方法施焊，換熱器管口的焊縫外觀和質(zhì)量均得到了保證，制作換熱器的質(zhì)量得到了提升。

4 結(jié)語

通過對20鋼換熱管與Q345R管板進行的焊接工藝附加評定試驗和換熱器產(chǎn)品施焊，結(jié)果表明，控制換熱管伸出長度為4-6mm，手工鎢極氬弧焊采用分2層兩次焊（第1層不填絲焊，第2層填絲焊）及自動鎢極氬弧焊采用分2層一次性焊完的焊接工藝，并采取合理的焊接順序和正確的操作方法焊接，保證了換熱管與管板焊縫既能焊透又不焊破管口，提升了換熱器制作水平。

[1]NB/T47014-2011，承壓設(shè)備焊接工藝評定[S].

[2]JB/T4709-2000，《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》[S].

[3]NB/T47015-2011,《壓力容器焊接規(guī)程》[S].

[4]GB151-1999,《管殼式換熱器》[S].

[5]焊接材料、工藝及設(shè)備手冊[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2001.