螺纹锁紧环高压换热器镍基合金管束的研制

　　本文针对Cr-Mo钢管板带极埋弧堆焊的镍基合金(Inconel625或112)与镍基合金(Incoloy825)管子自动钨极氩弧焊，制定了相应的焊接工艺，通过化学成分、金相组织及力学性能检验，证明了该焊接工艺完全满足产品的焊接。

　　[关键词]镍基合金;管板;带极埋弧堆焊;管子;自动钨极氩弧焊

　　前言

　　由中国石化北京设计院设计，我公司研制的中国石化青岛大炼油工程320万吨/年加氢装置H-H型大直径双壳程(管程、壳程高压式)螺纹锁紧环高压换热器，其主壳体材质为2.25Cr-1Mo，规格为φ1700×97/62×10864.5。其U形换热管材质为SB163-UNSNO8825(Incoloy825)，管板为2.25Cr-1Mo堆焊镍基合金(Inconel625或112)，整台设备重达156.559吨。

　　这是我公司在换热器生产中遇到镍基合金管子与管板的焊接。In-coloy825是一种奥氏体Ni-Cr-Fe镍基合金，常用于高温、高压且介质还有热腐蚀作用等工况条件十分苛刻的设备,它添加了适量铜、钼和钛等，有良好的耐氧化物应力腐蚀，对各种酸液均有一定的耐蚀性，而ENiCrMo3堆焊层由于Ni≥55%、Cr=22.0￣23.0%、Mo=8.0￣10.0%，所以其焊缝金属在室温和高温下具有较高的强度和很强的耐蚀能力，包括耐点蚀、缝隙腐蚀以及多种酸性介质中的应力腐蚀开裂，能解决一般不锈钢和其它金属、非金属材料无法解决的工程腐蚀问题。

　　镍基合金焊接时易产生热裂纹，如凝固裂纹、多边化裂纹等，此外，还易在弧坑处产生火口裂纹，焊前应彻底清理焊件及焊丝;提高焊材的Mn含量，正确选用与母材相匹配的焊接材料，采用合理的装焊顺序，减少应力，选用较小的热输入量，一般以10￣15kJ/cm为宜，填满弧坑等措施可有效防止热裂纹的产生。

　　镍基合金液态时流动性较差，焊接快速冷却时，焊缝中的气孔若来不及逸出，就易形成气孔。焊前彻底清理坡口及附近的油污、锈剂、各种涂料，可以防止气孔的产生。

　　1镍基合金焊接的主要问题

　　1.1热裂纹的敏感性

　　1.2气孔

　　1.3焊接区的腐蚀倾向

　　由于敏化温度区内晶界易发生贫Cr、贫Mo现象，导致晶界腐蚀和应力腐蚀倾向发生。避免焊接区在高温停留时间过长，注意快速冷却就可以防止腐蚀倾向。

　　2管板的堆焊

　　该换热器的管板是按管、壳程压差设计的，其直径大，为φ1738mm,厚度δ=220mm;管板表面堆焊δ=8mm镍基合金。其制造难度主要有单面堆焊变形问题和钻孔加工管孔的垂直度及加工精度问题。

　　带极堆焊虽然国内有较成熟的技术，但是在堆焊过程中由于受热较集中，又是单面堆焊，堆焊单层镍基合金，这样管板容易产生变形，造成管板加工后堆焊层厚薄不均匀。为防止变形，堆焊前将管板背面焊一块同规格的厚盲板按同心圆由内向外依次堆焊，因此堆焊4mm后需要焊后热处理,采取相应防变形措施和合理的焊接、热处理及加工顺序，有效地控制了管板变形。

　　带极埋弧堆焊和焊条电弧堆焊均采用美国超合金集团特种焊材[1]，管板中心圆采用焊条电弧焊堆焊，其余采用带极埋弧堆焊。因技术条件未规定具体试验项目，我公司按照“JB4708-2000”[2]进行了2.25Cr-1Mo堆焊ENi-CrMo3的焊接工艺评定，见表1。

　　评定内容包括如下检测项目：

　　2.12.25Cr-1Mo板焊条电弧堆焊(SMAW)和带极埋弧堆焊(SAW)，母材及堆焊层厚度、化学成分见表2;

　　2.2堆焊层表面PT，结合面UT;

　　2.3热处理：690℃×8小时;

　　2.4化学成分：Cr、Ni、Fe、Ti、Nb、Mo;

　　2.5三区金相组织及硬度见表3;

　　2.6侧弯试件：D=4a，a=10mm，α=180°合格;

　　2.7硫酸-硫酸铜法2件合格。

　　上述评定结果显示热影响区的硬度值偏高。这是因为堆焊耐蚀材料时,优先考虑焊接材料的化学成分与耐蚀材料相同，这样会造成焊接材料的强度高于耐蚀材料。本设备堆焊用的焊材ENiCrMo3(INCONEL112)，其化学成分与UNSNo8825相匹配，但是ENiCrMo3焊接熔敷金属的抗拉强度≥750MPa，这样会导致堆焊时热影响区硬度值偏高，若降低硬度，则相应熔敷金属的抗拉强度也要降低，这样堆焊层的化学成分就无法满足要求。