王強強
(大慶石化公司熱電廠,黑龍江大慶 163000)
換熱器長期在高溫高壓下使用,對設備材料要求高,選用GH35 高溫鎳合金作為反應器材料,GH35 合金材料由于具有優(yōu)異的高溫力學性能和耐腐蝕性能,目前已廣泛應用于工業(yè)和石化行業(yè)。在這種高參數(shù)高壓下,國內許多生產裝置缺乏相應的生產經驗,產品安全和質量無法保證,生產中經常出現(xiàn)問題,因此有必要對此類材料和大家電的制造工藝進行審查,以提高產品的安全性和質量,優(yōu)化和改進生產工藝。
GH35 合金由于其再生性能,在焊接過程中極易開裂,成為承壓設備中最危險的缺陷,因此是大型換熱器生產過程中重要的質量控制內容。
許多科學家對GH35 合金材料的焊接性能進行過研究,一般認為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和低熔點物質,導熱系數(shù)低、熔點低、流量小,在晶界處堆積,易產生熱裂紋,使生產質量失去控制。國內幾臺生產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致的:主焊縫在水壓試驗過程中出現(xiàn)裂紋,經多次修補后仍無法解決。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接焊的裂紋缺陷。
圖1 設備接管角焊縫裂紋
圖2 主體環(huán)焊縫貫穿性裂紋
焊接前應進行焊接工藝評定,焊接應以焊接工藝評定為基礎。應根據(jù)焊接機理采用適當?shù)暮附庸に?,以?yōu)化焊接工藝并檢查焊接裂紋。
(1)為保證物種的良好聚集性,應加大溝道角度、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。
(2)為保證良好的混合,厚板產品應選擇雙U形區(qū),坡口加工應采用熱效應較小的機械加工或等離子切割。
(3)焊接前,應將實體及其周圍區(qū)域清理干凈,并浸泡在20 mm 深的水中。
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,嚴格控制硫、磷等焊接材料的含量,減少冷卻時焊縫中的雜質含量,減少晶界處的沉積,減少焊條熱裂傾向(圖3)。
圖3 對接焊接接頭
焊接方法一般應考慮質量控制和焊接效率。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(鎢極惰性氣體保護焊)方法焊接整個噴嘴圓角,也可與氬弧焊、手工焊、水下電弧焊相結合。
采取的焊接措施有:焊接時采用水管冷卻容器壁,加快冷卻速度;在焊接過程中應采用紅外測溫儀進行交互式測溫;焊接過程中冷卻水管容器壁;篩分過程應盡量少用能量(低電壓、低電流、高焊接速度、多層焊接);內部溫度應嚴格低于標準溫度;應使用短卡,電極應正確傾斜,擺動不應超過電極直徑的2.5 倍,焊接時盡量采用平焊位置。
在GH35 合金大型換熱器的生產中,缺陷的糾正也是一個重點,由于材料經過焊接金屬化處理,再焊接降低了材料的焊接性,在修復過程采用專用不銹鋼磨盤進行打磨。另外,為避免熱裂紋,宜采用氬弧焊。
針對這些產品焊接過程中熱裂紋的特點,確定了針對性的無損檢測策略。
這些材料易開裂,發(fā)現(xiàn)裂紋臺階、大量修補、重板裝置焊接后難以修復,無損檢測焊接方法的應用已納入質量控制范圍,如AB 級雙U 后焊,應在每個焊縫焊接后進行滲透檢測,并及時打磨和糾正表面誤差。氬弧焊完成后,在焊接過程中引入NDIT 中心質量控制的優(yōu)點是可以及時發(fā)現(xiàn)焊接過程中的缺陷,對部分焊縫進行了識別手工焊和自動浸弧焊的NDIT 工藝是相同的,方便裂縫定位和修復。此類設備通常要求對AB 類焊縫進行100%射線照相試驗,并要求對CD 類焊縫進行100%射線照相試驗。
由于厚度等原因,部分負膜質量可能不完全滿足射線焊接工藝試驗相關標準的要求,但作為質量控制項目,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致材料性能惡化,避免裂紋無法修復,減少生產故障。
如果X 射線不能穿透壁厚,應首選X 射線機作為X 射線輻射源。如果X 射線不能穿透壁厚,則應首選Ir-192 光源而不是Co60,以提高X 射線檢測的靈敏度。為提高證據(jù)的誤碼率,應考慮影響證據(jù)敏感性的因素,以提高證據(jù)的敏感性。結果表明,提高了檢測靈敏度和缺陷的最低檢出率,避免了微裂紋等危險缺陷的排除,保證集裝箱的安全和質量。
為提高缺陷檢出率,應增加無損檢測次數(shù),在容器生產過程中廣泛采用無損檢測方法。除了滲透試驗方法外,還可以采用有毒、相射線、聲發(fā)射等先進的無損檢測方法來檢測此類裝置的裂紋。壓力試驗結束后,應選擇一些焊縫進行試驗,并選擇一定比例進行試驗。除了傳統(tǒng)的無損檢測方法外,在焊接過程中還可以用增加超聲波方法來控制表面質量。
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,還應配備自動溫度記錄裝置,以符合相關標準。有些裂紋是由于熱處理不當,特別是局部熱處理不當引起的。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,油的硫含量應低于0.5%,以免損壞對設備有害的雜質。由于窯內熱處理的整體效果良好,應首選整個熱處理,在條件允許的情況下,嚴格按照GB 150—2011《鋼制壓力容器》和JB 4756—2006 標準制定和應用合適的熱處理工藝參數(shù),對整個爐的熱處理,宜采用電爐而非煤爐。具有自動溫度記錄裝置和其他適當?shù)脑O備和設備。因此,設備熱處理后應進行無損檢測和抽查。
厚板的頭部通常通過加熱來制造,頂置加熱過程的質量控制要點是通過初、終沖壓的溫度和變形速率來控制的。動態(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,冷卻水后必須進行無損檢測,以避免頭部焊縫斷裂。
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、裂紋產生機理及相關標準的要求,提出了質量控制措施,并成功應用于多個大型GH35 合金換熱器的制造。