專利名稱：：管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及金屬管件的封口焊接方法，特別是一種用于管殼式換熱器管板的不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法。
背景技術：
：在生產高壓加熱器過程中需要將換熱器管板不銹鋼復合(堆焊、爆炸復合、爆破復合)層與碳鋼管子進行封口焊，現(xiàn)有工藝加工過程中管板材料20MnMoNb，在管板上帶極堆焊309L+347材料，堆焊層8mm厚，碳鋼管子(SA556MC2C16X2.3)，管板正面倒角2X45。，管子內縮管板至管板坡口根部，采用自動鎢極氬弧焊，焊絲采用ER309LSi，(？0.8mm，進行封口焊。對于大型高壓加熱器，例如600MW、1000麗高壓加熱器，使用上述生產工藝進行封口焊，在進行氦檢漏時發(fā)現(xiàn)焊口容易發(fā)生泄漏，焊縫表面在靠近管子側出現(xiàn)周向裂紋，有的泄漏處肉眼可見焊縫表面裂紋。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種解決管殼式換熱器管板不銹鋼堆焊(復合)層與碳鋼管子的封口焊的根部裂紋，減少焊縫根部的殘余應力的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法。本發(fā)明的技術方案是一種管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，該方法包含以下步驟1)在管板不銹鋼復合層上與碳鋼管子的焊接的管孔位置倒角形成內縮式坡口，將碳鋼管子從管板的管孔中伸出，使碳鋼管子伸出部分處于自由狀態(tài)，在碳鋼管子管端采用手工氬弧焊堆焊不銹鋼，形成管端堆焊層；2)打磨堆焊層的氧化物，再將碳鋼管子縮回到管板不銹鋼復合層倒角坡口根部，即采用管板與管子內縮式坡口型式；3)采用手工氬弧焊或自動脈沖鎢極氬弧焊焊接管板不銹鋼復合層與管端堆焊層。本發(fā)明的附加技術方案如下優(yōu)選地，步驟3中焊接不銹鋼復合層與管端堆焊層時分為兩層焊接，分別為第一層打底焊和在打底焊上方的蓋面層焊接。優(yōu)選地，步驟l中的管端堆焊層為0.52mm。優(yōu)選地，步驟l中的碳鋼管子從管板的管孔中伸出大于lmm。優(yōu)選地，步驟1手工氬弧焊堆焊的焊絲是鎳含量大于等于50%的焊絲或者是鉻含量在20%25%且鎳含量7%16%的焊絲。優(yōu)選地，步驟1中手工氬弧焊堆焊的焊絲是ER309、ER309UERNiCr-3、ERNiCrFe-7、ERNiCrMo-3焊絲中的一種，焊接過程中電流為2060A，電壓為1016V。優(yōu)選地，步驟l中在管板不銹鋼復合層上與碳鋼管子的焊接的管孔位置倒角。優(yōu)選地，管端堆焊層和熱器管板不銹鋼復合層的堆焊材料相同。優(yōu)選地，在步驟3中，焊接前將封口焊處預熱》2(TC(手工氬弧焊)或至80°110°(自動脈沖鎢極氬弧焊)，焊接過程中鴇極伸出長度為26mm。本發(fā)明的有益效果是可以避免管板不銹鋼堆焊(復合)層與碳鋼管子的封口焊產生的根部裂紋，減少焊縫根部的殘余應力，經過三臺600MW超臨界高壓加熱器試驗，使用本方法焊接的管板不銹鋼復合層與碳鋼管子一萬五個焊口氦檢漏無泄漏；實現(xiàn)了不銹鋼同種材料的焊接，在管子端口堆焊前和堆焊后測量管子端口內徑，堆焊后管子端口內徑縮小O。5mm，在焊接管板不銹鋼復合層與管端堆焊層時，通過二層的焊接，原管子管端內徑已恢復到最初，焊口100y。PT探傷，按JB4730-2000I級合格，管子端部管口焊縫組織得到抗裂性好的奧氏體+鐵素體組織，由于打底焊對管子管端的堆焊層有回火的作用，因此在管子管端的堆焊層靠近碳鋼側的馬氏體為回火的馬氏體或回火的索氏體組織，這對封口焊根部焊縫很有益；當采用上述優(yōu)選的焊接參數(shù)時，可以更好地控制悍縫金屬的稀釋，減小碳鋼管子熔化后在焊縫金屬中所占質量比，即稀釋度小熔合比穩(wěn)定，由焊縫材料來主控焊縫金屬的成分和組織，焊縫組織得到抗裂性好的奧氏體+鐵素體組織，管子管端堆焊質量得到了保證，光學顯微鏡觀察堆焊焊縫無裂紋，在靠近管子側馬氏體帶寬僅為0.10.2mm;在產品封口焊焊接時預熱并適當增加氣體流量，縮短鎢極伸出長度(原10mm改為5mm)，可以克服了長期以來焊縫表面由于保護不好產生的氧化渣，焊縫表面光潔、圓滑；采用ER309焊絲，并按上述參數(shù)控制焊接，可以避免奧氏體不銹鋼與低合金鋼的焊接時，在低合金鋼一側的碳通過焊縫邊界向高合金焊縫中遷移擴散，分別在焊縫邊界兩側形成脫碳層和增碳層，即在低合金鋼母材側形成脫碳層，在另一側為增碳層，增碳層是由于碳擴散遷移而析出碳化物所造成的，由此形成的硬度突變現(xiàn)象對焊接接頭有害，如采用ERNiCr-3、ERNiCrFe-7、ERNiCrMo-3等焊絲不在管子管端堆焊就進行管子管板封口焊，其焊縫組織中有析出的脆硬碳化物，盡管采用ERNiCrMo-3焊絲的抗拉強度及塑性都很好，但焊口根部也會出現(xiàn)大量裂紋。具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。本發(fā)明的具體實施例l，一種管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口悍方法，包含以下步驟1)在管板不銹鋼復合層上與碳鋼管子的焊接的管孔位置倒角形成內縮式坡口，將碳鋼管子從管板的管孔中伸出，使碳鋼管子伸出部分處于自由狀態(tài)，在碳鋼管子管端采用手工氬弧焊堆焊不銹鋼，形成管端堆焊層；2)打磨堆焊層的氧化物，再將碳鋼管子縮回到管板不銹鋼復合層倒角坡口根部，即采用管板與管子內縮式坡口型式；3)采用手工氬弧焊或自動脈沖鎢極氬弧焊焊接管板不銹鋼復合層與管端堆焊層。其中，優(yōu)選管端堆焊層和熱器管板不銹鋼復合層采用相同的堆焊材料。本發(fā)明的具體實施例2，以20MnMoNb管板堆焊的奧氏體不銹鋼與碳鋼管子SA556MB212進行管子管板封口焊為例進行說明在管板堆焊的奧氏體不銹鋼(倒角2X45。)與碳鋼管子SA556MB2C16X2.12封口焊時，先將管子伸出管板堆焊層5mm，在管端進行手工氬弧焊堆焊，焊絲選用ER309、ER309L、ERNiCr-3、ERNiCrFe-7、ERNiCrMo-3焊絲中的ER309C61.2mm，焊絲的組分如表l所示，堆焊一層厚度約1-1.5ram，為了控制焊縫金屬的稀釋，希望碳鋼管子熔化后在焊縫金屬中所占質量比要小，即稀釋度小熔合比穩(wěn)定，力求由焊縫材料來主控焊縫金屬的成分和組織，焊縫組織得到抗裂性好的奧氏體+鐵素體組織，焊接參數(shù)選擇上在保證焊縫熔合的情況下，焊接線能量小(焊接電流要小，焊接速度要快)，焊絲送絲量要大，焊接參數(shù)為電流為3035A，電壓為1012V。IO根管子堆焊完成后打磨堆焊面去除表面氧化物，對堆焊面做100。/。PT探傷，按JB4730-2000I級合格。表1ER309C1.2mm的化學成分、機械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在管子端口堆焊前和堆焊后測量管子端口內徑，堆悍后管子端口內徑縮小0.5mm，由于管子在自由狀態(tài)下進行的堆焊，堆焊后管子變形內徑縮小，管子管端通過變形釋放了殘余應力，因此管子管端堆焊質量得到了保證，光學顯微鏡觀察堆焊悍縫無裂紋，在靠近管子側馬氏體帶寬僅為O.1-0.2mm。管子與管板材料為316L,對管子((？25X2.5mm)伸出管板與內縮管板兩種坡品型式的殘余應力進行分析，兩種結構表明沿管子園周方向的環(huán)向應力分布，最大值出現(xiàn)在焊縫根部，位于管子與管板之間縫隙死角附近，伸出角接頭最大環(huán)向應力為291Mpa，內縮接頭最大為246Mpa，與伸出角接頭相比，內縮角接頭應力值小20%，應力腐蝕開裂敏感性較小。管子管端堆焊后，將管子堆焊面內縮管板管孔2mm，實現(xiàn)管子管板內縮的封口焊。目的是減少焊縫根部的殘余應力。采用手工氬弧焊或自動脈沖鎢極氬弧焊焊接管板不銹鋼復合層與管端堆焊層。采用自動脈沖鎢極氬弧焊時，在焊接前先采用履帶式加熱器后采用感應加熱器，對封口焊預熱8011(TC(如果采用手工氬弧焊，焊接前將封口焊處預熱>20°C)，在產品封口焊焊接時適當增加氣體流量，縮短鉤極伸出長度(原10ran改為5mm)，克服了長期30萬高加焊縫表面由于保護不好產生的氧化渣或氣孔，焊縫表面光潔、圓滑。在實施例2中，為了進一步保證在封口焊過程中管端部無裂紋，可以在焊接過程中分兩步焊接l.先進行封口焊的打底焊，第一層打底焊焊接線能量偏大，焊縫根部的熔合好，但線能量過大會將管子管端的堆焊層熔化，管子管端堆焊隔離層的作用大大減少；線能量偏小使焊縫根部未熔透。第一層打底焊，應多送焊絲，力求由焊縫材料來主控焊縫金屬的成分、組織和焊縫強度。由于打底焊對管子管端的堆焊層有回火的作用，因此在管子管端的堆焊層靠近碳鋼側的馬氏體為回火的馬氏體或回火的索氏體組織，這對封口焊根部焊縫很有益。第一層打底焊后，管子管端內徑變大，說明通過管子管端的變形焊接應力得到了釋放，為防止弧坑裂紋的產生，增加收弧的衰減時間和通氣保護時間，并在衰減的同時填絲一至二次，使收弧處飽滿；2.然后迸行蓋面層焊接，由于打底層焊縫較為飽滿，故蓋面層不宜焊得過厚，稍加填充即可。二層焊接完成后，原管子管端內徑已恢復到最初。權利要求1.一種管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，該方法包含以下步驟1)在管板不銹鋼復合層上與碳鋼管子的焊接的管孔位置倒角形成內縮式坡口，將碳鋼管子從管板的管孔中伸出，使碳鋼管子伸出部分處于自由狀態(tài)，在碳鋼管子管端采用手工氬弧焊堆焊不銹鋼，形成管端堆焊層；2)打磨堆焊層的氧化物，再將碳鋼管子縮回到管板不銹鋼復合層倒角坡口根部；3)采用手工氬弧焊或自動脈沖鎢極氬弧焊焊接管板不銹鋼復合層與管端堆焊層。2.根據權利要求1所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，步驟3中焊接不銹鋼復合層與管端堆焊層時分為兩層焊接，分別為第一層打底焊和在打底焊上方的蓋面層焊接。3.根據權利要求1所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，步驟l中的管端堆焊層為0.52mm。4.根據權利要求1所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，步驟l中的碳鋼管子從管板的管孔中伸出大于lmm。5.根據權利要求1所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，步驟1手工氬弧焊堆焊的焊絲是鎳含量大于等于50%的焊絲或者是鉻含量在20%25%且鎳含量7%16%的焊絲。6.根據權利要求1至5之一所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，步驟1中手工氬弧焊堆悍的焊絲是ER309、ER309L、ERNiCr-3、ERNiCrFe-7、ERNiCrMo-3焊絲中的一種，焊接過程中電流為2060A，電壓為1016V。7.根據權利要求6所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，步驟1中在管板不銹鋼復合層上與碳鋼管子的焊接的管孔位置倒角。8.根據權利要求6所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，管端堆焊層和熱器管板不銹鋼復合層的堆焊材料相同。9.根據權利要求6所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，在步驟3中，采用手工氬弧焊，焊接前將封口焊處預熱^2(TC，焊接過程中鎢極伸出長度為26mm。10.根據權利要求6所述的管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，在步驟3中，采用自動脈沖鎢極氬弧焊，焊接前將封口焊處預熱至80。U(TC，焊接過程中鎢極伸出長度為26ram。全文摘要本發(fā)明公開了一種管殼式換熱器管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊方法，其特征在于，該方法包含以下步驟1)在管板不銹鋼復合層上與碳鋼管子的焊接的管孔位置倒角形成內縮式坡口，將碳鋼管子從管板的管孔中伸出，使碳鋼管子伸出部分處于自由狀態(tài)，在碳鋼管子管端采用手工氬弧焊堆焊不銹鋼，形成管端堆焊層；2)打磨堆焊層的氧化物，再將碳鋼管子縮回到管板不銹鋼復合層倒角坡口根部；3)采用手工氬弧焊或自動脈沖鎢極氬弧焊焊接管板不銹鋼復合層與管端堆焊層。可以避免管板不銹鋼復合層與碳鋼管子的封口焊產生的根部裂紋，減少焊縫根部的殘余應力。文檔編號B23K9/028GK101474703SQ20091005822公開日2009年7月8日申請日期2009年1月21日優(yōu)先權日2009年1月21日發(fā)明者潘乾剛,陳小明申請人:東方鍋爐(集團)股份有限公司