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倪 昱,王顺花/我国高压换热器管板(12Cr2Mo1R)堆焊技术发展现

时间:2015-07-23来源:未知 作者:admin点击:
我国高压换热器管板( 12Cr2Mo1R )堆焊技术发展现状 倪 昱,王顺花 (兰州交通大学 机电工程学院,甘肃 兰州 730070) 摘 要: 首先介绍了高压换热器的结构,以及高压换热器管板材料12Cr2Mo1R的焊接性。其次,介绍了高压换热器管板(12Cr2Mo1R)常用的一些
我国高压换热器管板(12Cr2Mo1R)堆焊技术发展现状

倪  昱,王顺花
(兰州交通大学 机电工程学院,甘肃 兰州 730070)

 
摘  要:首先介绍了高压换热器的结构,以及高压换热器管板材料12Cr2Mo1R的焊接性。其次,介绍了高压换热器管板(12Cr2Mo1R)常用的一些堆焊方法,包括带极堆焊、焊条电弧焊堆焊(SMAW)、实芯焊丝自动钨极氩弧焊堆焊(Auto TIG)、药芯焊丝CO2气体保护堆焊(FCAW)等。最后介绍了高压换热器管板(12Cr2Mo1R)常用的堆焊材料,如不锈钢(奥氏体不锈钢和双相不锈钢)、镍基合金等。
关键词:高压换热器管板;12Cr2Mo1R;堆焊;耐蚀性;焊接性


The Current Development Situation of Buildup Welding Technique in High Pressure Heat Exchanger Tube-sheet (12Cr2Mo1R) of China

NI Yu, WANG Shun-hua
( School of Mechatronic Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070,China )

 
Abstract: Firstly, This paper introduces the structure of high pressure heat exchanger, and the welding property of tube-sheet material (12Cr2Mo1R). Secondly, this paper introduces some common ways of buildup welding in the tube-sheet (12Cr2Mo1R) of high pressure heat exchanger, including with strip surfacing, shielded metal arc welding(SMAW), solid wire automatic TIG welding(Auto TIG), CO2 gas protected welding with flux-cored wire(FCAW), etc. Finally, this paper introduces some common build-up welding materials which can be used in the tube-sheet (12Cr2Mo1R) of high pressure heat exchanger, such as stainless steel (austenitic stainless steel and duplex stainless steel), nickel-based alloy, etc.
Key words: high pressure heat exchanger tube-sheet; 12Cr2Mo1R; buildup welding; corrosion resistance; welding property
基金项目: 甘肃省教育厅科研项目(1204-03)。
作者简介:倪  昱(1986-),男,汉族,甘肃庆阳人,硕士研究生,主要研究方向:焊接工艺及设备。
 
       堆焊是指将具有一定使用性能的合金材料借助一定的热源手段熔覆于母体材料的表面,赋予母材特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法。堆焊既可修复材料因长期服役而导致的失效部位,亦可强化材料或零件的表面,对于合理使用材料、改进产品设计、降低生产成本、实现修旧利废,以及节约资源、能源,保护环境,都具有重要意义[1,2]
       石化和冶金行业中的设备多处于高温、高压、大载荷、强腐蚀等复杂苛刻的工作环境,其材料的磨损、疲劳、腐蚀等失效现象比较严重,而堆焊技术的显著特点是堆焊层与母材具有典型的冶金结合,而且可以根据服役性能选择堆焊合金,使材料或零件表面具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、耐辐射等优良性能,在工艺上具有很大的灵活性[3],因此,堆焊技术目前已广泛应用于石化和冶金行业各种设备的强化和修复。
       目前采用Cr-Mo钢或不锈钢制造的高压换热器的腐蚀和泄漏问题越来越严重,因此常常需要在其表面堆焊一层耐腐蚀材料,以增加其耐腐蚀性。我国临氢设备用厚钢板主要是
2.25Cr1Mo型SA387Gr22Cl2厚钢板,国内的牌号是12Cr2Mo1R[4],通常采用带极堆焊、焊条电弧焊堆焊等方法在其上堆焊一层不锈钢或镍基合金等耐腐蚀材料,来解决高压换热器等压力容器的腐蚀和泄露问题,保证设备长周期和安全运行。本文主要对我国高压换热器管板(12Cr2Mo1R)的各种堆焊方法和堆焊材料的特点及应用,进行对比和分析,为高压换热器等压力容器生产中的实际应用提供参考。

1. 高压换热器管板材料12Cr2Mo1R

1.1 高压换热器结构
       高压换热器是加氢裂化装置除反应器外的核心设备之一。图1为年产180万t/a加氢裂化装置中的热高分气/混氢换热器,其中管板所用材料就是12Cr2Mo1R(低合金耐热钢)。
1.2  12Cr2Mo1R的焊接性[5]
    (1)淬硬倾向
       钢材的淬硬倾向取决于它的含碳量、合金元素及其含量。12Cr2Mo1R具有较高的淬硬倾向主要是由于合金元素铬和钼的存在,其中钼的作用大约是铬的50倍。在焊接时,如果冷却速度较大,焊后焊缝及热影响区易形成淬硬组织,硬度增高,从而使焊接接头的脆性增大,在有较大拘束应力时常导致裂纹产生。因此,严格控制焊材化学成分,采取焊前预热、焊后缓冷、减小热影响区宽度等方法来降低焊接淬硬性。
    (2)再热裂纹
       再热裂纹又称消除应力处理裂纹。再热裂纹一般在500~700℃温度范围内产生,产生的倾向主要取决于钢中Cr,Mo等碳化物形成元素的含量及特性,同时也与热处理温度、热输入、预热温度和层道间温度有关,这些因素决定了焊缝金属的冷却条件,对焊缝区的显微组织有很大的影响。在焊接中常采取以下措施来降低产生再热裂纹的倾向:

  1. .控制母材和焊材化学成分,特别是要限制V、Ti、Nb等碳化物形成元素的含量;
  2. .采用高温塑性优于母材的焊接材料;
  3. .将预热和层间温度控制在200~250℃;
  4. .采用低的热输入的焊接工艺和方法以缩小焊接过热区,细化晶粒;
  5. .选择合理的热处理工艺,避免在敏感温度区内停留较长的时间。
(3)回火脆性
       铬钼钢及其焊接接头在350~500℃温度区间长期运行过程中可能发生剧烈脆变现象。一般认为,钢的回火脆性与钢种及其杂质含量有密切关系。这些杂质主要是钢中的P、As、Sb、Sn等残余元素在奥氏体晶界偏析并引起晶界弱化引起,同时也与促进淬火脆性的Mn、Si元素有关系。


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