本發明涉及耐(nai)熱(re)鋼材(cai)焊接，具(ju)體(ti)涉及一種12cr5moi換熱(re)管與管板(ban)角接頭焊接方(fang)法(fa)。

背景技術：

1、在化工、石油(you)、電力(li)等工業領(ling)域，換(huan)熱(re)設備(bei)扮演著(zhu)(zhu)至關重要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)角色，其(qi)運行效率與(yu)(yu)壽命直接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)受到換(huan)熱(re)管(guan)(guan)與(yu)(yu)管(guan)(guan)板連(lian)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)質量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)深刻(ke)影響(xiang)。12cr5moi，作為(wei)(wei)一種(zhong)高(gao)性(xing)能(neng)耐(nai)熱(re)鋼材，憑借其(qi)卓越的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)高(gao)溫(wen)、耐(nai)腐(fu)蝕(shi)特(te)性(xing)，在換(huan)熱(re)設備(bei)制(zhi)造中占據一席之地。然(ran)而，該材料在焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過程中面臨的(de)(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)應力(li)集(ji)中、冷(leng)裂(lie)紋及(ji)熱(re)裂(lie)紋等挑戰，成(cheng)為(wei)(wei)制(zhi)約焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)質量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)關鍵因素。特(te)別(bie)是在閃(shan)底(di)油(you)/減渣換(huan)熱(re)器的(de)(de)(de)(de)(de)制(zhi)造中，16mniii+s30408復(fu)合管(guan)(guan)板與(yu)(yu)12cr5moi的(de)(de)(de)(de)(de)換(huan)熱(re)管(guan)(guan)之間的(de)(de)(de)(de)(de)角接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)，更是因其(qi)異(yi)種(zhong)鋼接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)特(te)性(xing)而顯(xian)得尤為(wei)(wei)復(fu)雜。12cr5moi，作為(wei)(wei)馬氏體不銹鋼的(de)(de)(de)(de)(de)代表，其(qi)高(gao)強度與(yu)(yu)優異(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)能(neng)，在應對酸、堿及(ji)高(gao)溫(wen)環(huan)境時展現出(chu)非凡(fan)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)。然(ran)而，其(qi)高(gao)碳當量(liang)大于1.6％與(yu)(yu)豐富的(de)(de)(de)(de)(de)合金元素，使得焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)性(xing)相對較差，空淬(cui)特(te)性(xing)顯(xian)著(zhu)(zhu)，焊(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)熱(re)影響(xiang)區(qu)（haz）淬(cui)硬傾向大，從(cong)而增加冷(leng)裂(lie)紋的(de)(de)(de)(de)(de)敏感性(xing)。

2、鑒于上述(shu)問題，盡管已有如cn109317789a等專利提出針(zhen)對換熱(re)器堆焊(han)管板(ban)與(yu)t91換熱(re)管焊(han)接(jie)的優(you)化方法(fa)(fa)，但在處理(li)(li)12cr5moi與(yu)s30408異(yi)(yi)種(zhong)鋼(gang)角(jiao)接(jie)頭焊(han)接(jie)時，仍面臨諸(zhu)多未解難(nan)題。特別是焊(han)后消應(ying)力熱(re)處理(li)(li)過程(cheng)中，由(you)于焊(han)材與(yu)12cr5moi之間(jian)線(xian)膨(peng)脹系數的差異(yi)(yi)，導(dao)致傳(chuan)統不(bu)(bu)銹鋼(gang)焊(han)材施焊(han)后不(bu)(bu)僅無法(fa)(fa)有效(xiao)消除殘(can)余應(ying)力，反而引入新的內(nei)應(ying)力。

技術實現思路

1、本(ben)發(fa)明要解決的技術問題是：克服現(xian)有技術的不足，提(ti)供一種12cr5moi換熱管與管板角接頭焊(han)接方法。

2、本(ben)發明采(cai)用的(de)技(ji)術方(fang)案如下：

3、一(yi)種12cr5moi換熱管(guan)與(yu)管(guan)板(ban)角接(jie)頭(tou)焊(han)接(jie)方法，應用于換熱管(guan)與(yu)管(guan)板(ban)之(zhi)間(jian)的角接(jie)頭(tou)進行焊(han)接(jie)，包括(kuo)如下(xia)步驟：

4、s1、加工(gong)準備：

5、s11、使用(yong)數控鉆床進行(xing)管(guan)板鉆孔和管(guan)孔倒角加(jia)工(gong)，確保加(jia)工(gong)精度(du)和表面質量；

6、s12、焊前對管板(ban)進行清洗，使用丙酮或酒(jiu)精(jing)去除表面雜(za)質和油污，并進行外(wai)觀檢(jian)查，確保無(wu)裂紋、分層、夾渣；

7、s13、對倒(dao)角(jiao)表面(mian)進行100%pt檢測，確(que)保倒(dao)角(jiao)質(zhi)量符(fu)合(he)要求；

8、s2、焊(han)材選擇：選用鎳(nie)鉻鐵鎳(nie)基氬(ya)弧焊(han)絲ernicr-3，直徑為φ2.0mm，作為焊(han)接材料；

9、s3、焊前預熱：

10、s31、使用加熱(re)(re)片對管板與換(huan)熱(re)(re)管進行預(yu)熱(re)(re)，預(yu)熱(re)(re)溫(wen)度(du)控制(zhi)在250~350℃之間(jian)；

11、s32、在焊接過(guo)程中，確保預熱溫度(du)不(bu)低于工藝(yi)要(yao)求的下限值(zhi)，同時，未施焊部分采用巖棉包(bao)覆進(jin)行保溫；

12、s4、焊接過程：

13、s41、采用(yong)鎢極氬弧焊(han)(han)進行焊(han)(han)接(jie)，焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭采用(yong)兩遍填(tian)絲焊(han)(han)；

14、s42、焊(han)接時(shi)，分(fen)區(qu)域將預熱(re)保溫巖棉拆除，每(mei)個區(qu)域焊(han)接前用紅外線測溫儀監(jian)控焊(han)縫溫度(du)，每(mei)間(jian)隔20min檢(jian)測一次，確保溫度(du)在工藝要求(qiu)的預熱(re)溫度(du)范圍內；

15、s43、采用大電(dian)流(liu)規范增加熱(re)輸入和焊(han)絲熔覆量，收(shou)弧(hu)時采用回弧(hu)焊(han)接手(shou)法填(tian)滿弧(hu)坑，避免裂(lie)紋產生；

16、s44、蓋面(mian)層(ceng)的(de)收弧(hu)位置控制在特定(ding)位置，確保后續焊(han)縫覆(fu)蓋上一焊(han)縫的(de)收弧(hu)部位，并進行加絲(si)重熔處理；

17、s45、所有角接頭需一(yi)次性焊接完(wan)成(cheng)，不得中斷(duan)，焊接完(wan)成(cheng)后進行消氫處(chu)理；

18、s5、焊(han)接參(can)數控(kong)制：

19、s51、設定氬弧焊(han)焊(han)接參數、電流150-182?a，電壓8-14v，焊(han)速130-170mm/min，最大線能量(liang)11.76kj/cm；

20、s52、控制道間溫度(du)不低于最(zui)小預熱溫度(du)，氬氣純度(du)達(da)到99.99%，氣體流量設定(ding)為9-13l/min。

21、本技術方案(an)通(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)加(jia)工(gong)準備(bei)、焊(han)(han)(han)(han)(han)材選(xuan)擇、焊(han)(han)(han)(han)(han)前預(yu)(yu)熱(re)(re)、精(jing)細化的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)、嚴(yan)(yan)格(ge)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)參數控(kong)制(zhi)，用(yong)于確保(bao)(bao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)，減(jian)少(shao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)(li)和(he)(he)熱(re)(re)處(chu)理(li)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)，避免冷(leng)裂紋(wen)(wen)(wen)和(he)(he)熱(re)(re)裂紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)發生(sheng)，并(bing)(bing)提(ti)升焊(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)(de)耐腐蝕性能。具體地，首先，在(zai)(zai)加(jia)工(gong)準備(bei)階段，通(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)數控(kong)鉆床的(de)(de)(de)高精(jing)度(du)加(jia)工(gong)和(he)(he)嚴(yan)(yan)格(ge)的(de)(de)(de)清洗、檢測，保(bao)(bao)證焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)面的(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)；隨后，選(xuan)擇適宜的(de)(de)(de)鎳(nie)鉻鐵合金(jin)氬弧焊(han)(han)(han)(han)(han)絲作為焊(han)(han)(han)(han)(han)材，保(bao)(bao)障焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)的(de)(de)(de)性能；焊(han)(han)(han)(han)(han)前預(yu)(yu)熱(re)(re)是關(guan)鍵(jian)步驟，通(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)加(jia)熱(re)(re)片對焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)區(qu)域進(jin)(jin)行(xing)均勻預(yu)(yu)熱(re)(re)，并(bing)(bing)在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)中保(bao)(bao)持預(yu)(yu)熱(re)(re)溫(wen)度(du)，以減(jian)少(shao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)(li)和(he)(he)熱(re)(re)裂紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)；同時(shi)，利(li)用(yong)巖(yan)棉對未施(shi)焊(han)(han)(han)(han)(han)部分進(jin)(jin)行(xing)保(bao)(bao)溫(wen)，維持焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)區(qu)域的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)穩定(ding)；在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)中，采用(yong)鎢極氬弧焊(han)(han)(han)(han)(han)，結合兩遍填絲焊(han)(han)(han)(han)(han)的(de)(de)(de)精(jing)細操作，確保(bao)(bao)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)(de)致密(mi)性和(he)(he)強度(du)；通(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)紅外(wai)線測溫(wen)儀實時(shi)監控(kong)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫溫(wen)度(du)，及時(shi)調(diao)整，保(bao)(bao)證焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)；同時(shi)，采用(yong)大電(dian)流(liu)規(gui)范(fan)增加(jia)熱(re)(re)輸入和(he)(he)焊(han)(han)(han)(han)(han)絲熔覆量(liang)(liang)，提(ti)高焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)效率，并(bing)(bing)通(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)回弧焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)手法避免裂紋(wen)(wen)(wen)產(chan)生(sheng)；此外(wai)，對蓋(gai)面層的(de)(de)(de)收弧位置(zhi)進(jin)(jin)行(xing)嚴(yan)(yan)格(ge)控(kong)制(zhi)，確保(bao)(bao)焊(han)(han)(han)(han)(han)縫的(de)(de)(de)連續性和(he)(he)美觀性；所有角接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)需一次(ci)性焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成，避免多(duo)次(ci)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)帶來的(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)隱(yin)患(huan)，并(bing)(bing)在(zai)(zai)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)完成后進(jin)(jin)行(xing)消(xiao)氫處(chu)理(li)，消(xiao)除焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)應(ying)力(li)(li)；最(zui)后，通(tong)(tong)(tong)過(guo)(guo)嚴(yan)(yan)格(ge)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)參數控(kong)制(zhi)，包括電(dian)流(liu)、電(dian)壓、焊(han)(han)(han)(han)(han)速、線能量(liang)(liang)、道間溫(wen)度(du)、氬氣純度(du)和(he)(he)氣體流(liu)量(liang)(liang)，確保(bao)(bao)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)穩定(ding)性，從而獲得高質(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)焊(han)(han)(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)(jie)頭(tou)。

22、另(ling)外(wai)，根據本發明上述(shu)提出12cr5moi換熱管(guan)與管(guan)板角(jiao)接(jie)頭焊(han)接(jie)方法還具(ju)有如下附加技(ji)術特(te)征：

23、根據本發(fa)明的(de)一個實施(shi)例(li)，所(suo)述步驟s3中的(de)換(huan)熱管(guan)(guan)呈(cheng)拱(gong)形彎折，換(huan)熱管(guan)(guan)的(de)端部與(yu)管(guan)(guan)板管(guan)(guan)孔(kong)(kong)內壁相配合；換(huan)熱管(guan)(guan)的(de)兩端與(yu)管(guan)(guan)板管(guan)(guan)孔(kong)(kong)存在一定縫隙。

24、本技術方案通過特別指出(chu)換熱管(guan)在焊接前呈拱形彎折(zhe)，并(bing)與管(guan)板管(guan)孔內壁配(pei)(pei)合，而兩端存在縫隙的(de)設計(ji)，用于優化(hua)換熱管(guan)與管(guan)板的(de)配(pei)(pei)合方式(shi)，為后續的(de)焊接提供更穩定的(de)結構和更好的(de)焊接效果。

25、根據(ju)本發明的(de)一個(ge)實施例，所述步驟s4中的(de)管(guan)板根據(ju)與換熱管(guan)的(de)貼合部(bu)分(fen)劃(hua)分(fen)為不脹(zhang)(zhang)段(duan)(duan)ⅰ、貼脹(zhang)(zhang)段(duan)(duan)和不脹(zhang)(zhang)段(duan)(duan)ⅱ，其中，不脹(zhang)(zhang)段(duan)(duan)ⅰ和不脹(zhang)(zhang)段(duan)(duan)ⅱ分(fen)別位(wei)于管(guan)板的(de)兩(liang)端堆焊(han)(han)層處并且兩(liang)端的(de)下側設置有倒角，不脹(zhang)(zhang)段(duan)(duan)ⅱ與換熱管(guan)之間焊(han)(han)縫進行焊(han)(han)接。

26、本技術方案通過(guo)劃分管(guan)板為(wei)不(bu)(bu)脹(zhang)段ⅰ、貼脹(zhang)段和(he)不(bu)(bu)脹(zhang)段ⅱ，并在不(bu)(bu)脹(zhang)段ⅱ與(yu)換熱(re)管(guan)之(zhi)間進行焊(han)縫焊(han)接的(de)特定(ding)設計，用于(yu)提高(gao)焊(han)接接頭的(de)密封(feng)性和(he)強(qiang)度，同時減少焊(han)接過(guo)程中的(de)應力集(ji)中。

27、根據本發明的一個實施例，所述步驟(zou)s41中的焊接接頭采(cai)用兩遍(bian)填絲焊，即：打底一遍(bian)，蓋面一遍(bian)。

28、本技術方案通過(guo)強(qiang)調焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭(tou)采用兩遍填(tian)絲焊（即打底一(yi)遍，蓋面一(yi)遍）的(de)方法，用于通過(guo)多層焊接(jie)(jie)提高焊縫的(de)致密性(xing)和(he)強(qiang)度，減少焊接(jie)(jie)缺陷(xian)。

29、根據本發明的一(yi)個實施(shi)例，所述(shu)步驟(zou)s44中的特定位(wei)置(zhi)包(bao)括三點、六點、九點、十二點鐘(zhong)位(wei)置(zhi)。

30、本技術方(fang)案通過列舉蓋面層的收弧(hu)位置(zhi)(zhi)應(ying)控制在(zai)三(san)點(dian)(dian)(dian)、六(liu)點(dian)(dian)(dian)、九點(dian)(dian)(dian)、十二點(dian)(dian)(dian)鐘位置(zhi)(zhi)的例子，用(yong)于通過優化收弧(hu)位置(zhi)(zhi)，避(bi)免焊(han)縫重疊(die)和應(ying)力集中，提高焊(han)接接頭的整體質量(liang)。

31、根據(ju)本發明的一個實施例，所(suo)述方法還包括如下(xia)步驟：

32、s6、焊(han)后熱處理：

33、s61、角(jiao)接頭焊后立(li)即進行消氫熱處(chu)理，溫度設定在300-350℃，保溫2小時；

34、s62、待角(jiao)接頭全部(bu)焊接完成且檢測(ce)合格后，進行整體焊后熱處理；首先將溫(wen)(wen)度升(sheng)至(zhi)550℃，保溫(wen)(wen)1小時，再升(sheng)至(zhi)750℃~780℃之間，保溫(wen)(wen)不少于1小時；

35、s63、在保溫過(guo)程中(zhong)，控制最(zui)高與最(zui)低溫差不大(da)于(yu)30℃；當溫度大(da)于(yu)300℃時，熱處(chu)理的升降溫速率(lv)均不得(de)超過(guo)80℃/小時。

36、本技(ji)術方案通(tong)過增加(jia)焊(han)后(hou)熱(re)(re)處理(li)的(de)(de)步驟，包括消(xiao)氫熱(re)(re)處理(li)和整體焊(han)后(hou)熱(re)(re)處理(li)，用于消(xiao)除(chu)焊(han)接(jie)殘余應力，防(fang)止裂(lie)紋產生(sheng)，提高焊(han)接(jie)接(jie)頭的(de)(de)穩定性(xing)和使(shi)用壽命。

37、本發明與現(xian)有技(ji)術相比(bi)，具有以(yi)下有益效果：

38、通過(guo)加(jia)工準(zhun)備、焊(han)材選擇、焊(han)前預熱、精細化(hua)的焊(han)接(jie)過(guo)程、嚴格的焊(han)接(jie)參(can)數控制，用于確保(bao)焊(han)接(jie)接(jie)頭的質量，減少焊(han)接(jie)應力(li)和(he)熱處(chu)理應力(li)的產生，避免冷裂紋和(he)熱裂紋的發生，并提升焊(han)縫的耐(nai)腐蝕性能。