一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺，包括：A）准备；B）胀接定位：将换热管穿过管板的管孔并伸出管板端面，将胀套伸入换热管内，胀套前端内设锥孔、外圆周设有数个凸起的弧段胀头，弧段胀头的外端在轴向位于管板坡口根部及根部内侧两毫米之间；在胀套内推进胀紧芯轴，使得弧段胀头外撑，将换热管胀接固定于管孔内；C）清理；D）焊接：将单定位封口焊接机头的定位心轴插入待焊换热管并胀紧，在惰性气体保护下，先进行打底层焊接，焊后进行100%渗透探伤；再进行面层焊接，焊后进行100%渗透探伤+射线探伤；E)热处理；本发明专利技术能解决异种钢封口焊易产生裂纹的问题，并防止根部的未焊透和未熔合，从而提升封口焊质量。

【技术实现步骤摘要】
一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺
本专利技术涉及一种管板与换热管的封口焊工艺，特别是用于化工容器的开坡口管板与换热管异种钢的封口焊工艺。
技术介绍
化工容器对管板与换热管封口焊质量要求较高，部分设备的封口焊要求射线探伤和宏观试验，要求根部完全焊透且无超标缺陷。常规焊接工艺不易达到要求，主要有以下几个方面问题：1.管板与换热管材质不同，特别是管板表面有奥氏体钢复合层，换热管为低合金钢时，两种材料化学成分和性能差异很大，异种钢封口焊容易产生裂纹；2.采用管板开坡口、管端伸出管板表面的接头形式，换热管外伸尺寸（≥2mm）较大、坡口较深（≥2mm）时，容易造成根部未焊透和未熔合；3.为保证穿管，换热管外径与管孔存在偏差，换热管焊前定位多采用点焊固定，由于焊接收缩会造成坡口根部间隙不均匀、且点焊位置容易产生焊接缺陷；若不采取固定措施在焊接时换热管容易产生晃动，自动焊焊接时容易产生严重的未熔合或裂纹。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺，它能解决异种钢封口焊易产生裂纹的问题，并防止根部的未焊透和未熔合，从而提升封口焊质量。为了达到上述目的，本专利技术的一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺，包括以下步骤：A）准备：打磨、抛光待焊管端，清理管板孔内表面；其特征在于：B）胀接定位：将换热管穿过管板的管孔并伸出管板端面，将多点式胀管器的胀套伸入换热管内，胀套前端内设锥孔、外圆周设有数个凸起的弧段胀头，弧段胀头的外端在轴向位于管板坡口根部及根部内侧两毫米之间，弧段胀头的内端距离其外端大于两毫米；在胀套内推进胀紧芯轴，胀紧芯轴前端为圆锥段，使得弧段胀头外撑，受弧段胀头挤压的管壁扩张并与管孔内壁紧密贴合，将换热管胀接固定于管孔内；C）清理：对换热管和管板表面待焊区域进行清理，去除油、锈和水等杂质；D）焊接：将单定位封口焊接机头的定位心轴插入待焊换热管并胀紧，在惰性气体保护下，采用脉冲电流先进行打底层焊接，焊后进行100%渗透探伤；再采用脉冲电流进行面层焊接，焊后进行100%渗透+射线探伤；E)热处理：探伤合格后对封口焊缝进行局部热处理；本专利技术采用焊前分段胀接将换热管固定于管孔内，未受挤压位置的管壁与管孔内壁的间隙也进一步缩小，使得管子与管孔之间的间隙减小，在焊接时换热管不会产生晃动，且弧段胀头的外端在轴向位于管板坡口根部及根部内侧两毫米之间，可避免胀接后管子外凸、妨碍根部焊接，又可避免胀接起始点距离根部过远、坡口根部间隙不能有效消除，从而防止焊接后出现未焊透和未熔合缺陷；焊接机头的定位心轴插入待焊换热管并胀紧，定位基准为待焊管子的轴线，因此机头转动的轨迹与待焊换热管的外圆同心，有利于整圈根部的良好熔合，同时也不会出现管头熔化的问题；加上分层焊接利于控制焊接能量，可解决异种钢封口焊易产生裂纹的问题，从而提升封口焊质量；作为本专利技术的进一步改进，焊接时脉冲电流的基值电流为40-100A，峰值电流140-200A，电压为8-12V，焊接线速度5-10cm/min，打底层焊丝熔敷速度控制在0.50-1.38g/min，其余焊层的焊丝熔敷速度控制在0.50-3.94g/min；采用较低的基值电流使整个焊接过程中的平均线能量降低，有利于防止奥氏体焊材焊接时产生热裂纹的问题，同时采用较高的峰值电流，可提高电弧穿透力，有利于保证根部焊透；采用8-12V的电压，是根据实践验证得出，当电压小于8V,则很容易导致钨极与工件粘接而不能正常焊接，过高的电压则导致电弧能量的集中度减弱，不利于根部焊透，因此，根据实际试验得出电压范围为8-12V。根部焊丝的熔敷速率定位0.50-1.38g/min，是基于以下因素设计的，经过试验验证，当焊丝的熔敷速率小于0.50g/min时，焊缝中产生大量的裂纹，其原因是焊缝中熔入的合金钢材料过多，马氏体组织增加，从而易于产生裂纹，所以需要填充一定量的奥氏体焊材，减小铁素体钢对焊缝的稀释率以避免裂纹产生。而当填充焊丝的熔敷率超过1.38g/min时，则由于根部位置的铁水过多，电弧不能直接作用到焊缝根部，从而容易产生根部未焊透和未熔合的缺陷。故第一层的焊丝熔敷速率定为0.50-1.38g/min。而第二层焊接时，由于焊缝根部为前道焊缝形成的圆弧面，不似第一层焊接时的直角，因此送丝速率可以提至0.50-3.94g/min；作为本专利技术的进一步改进，焊接时，在脉冲电流上还进行电流叠加，叠加电流为50-100A，叠加时间20-50ms；可保证焊缝的焊透性，并不至于焊接热量过高；作为本专利技术的进一步改进，对于奥氏体复合层的管板和低合金钢换热管焊接时，采用奥氏体组织焊丝进行焊接；具有良好的熔合性，进一步避免产生裂纹；作为本专利技术的进一步改进在打底层焊接与面层焊接之间，还进行过渡层焊接，过渡层焊后进行100%渗透探伤+射线探伤；适用于坡口深度较深的管板，利于控制焊接能量，可解决异种钢封口焊易产生裂纹的问题；作为本专利技术的进一步改进，焊接时焊枪角度采用5-20°；可保证电弧有效熔化到管子与管板交界位置，防止该位置产生未焊透或未熔合缺陷；综上所述，本专利技术能解决异种钢封口焊易产生裂纹的问题，并防止根部的未焊透和未熔合，从而提升封口焊质量。附图说明图1本专利技术实施例定位胀接时设备示意图。图2为图1中胀套的右视图。图3本专利技术实施例焊接示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明。以本公司某车间生产的甲醇合成塔为例，换热管材质SA-213T11，管板材质为SA-336F11CL3，堆焊8mm的inconel625镍基合金；封口焊结构为管子伸出管板3mm，坡口深度2.5mm，焊后要求进行100%射线探伤和渗透探伤，并进行模拟试样解剖试验，合格标准为ASMEⅧ-2和BSENISO15614-8，要求根部完全焊透且无其他超标缺陷。该异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺，包括以下步骤：A）准备：打磨、抛光待焊管端，清理管板孔内表面；B）胀接定位：如图1、图2所示，将换热管1穿过管板2的管孔并伸出管板外端面5mm，将多点式胀管器的胀套3伸入换热管1内，胀套3前端内设锥孔、外圆周设有六个凸起的弧段胀头4，各弧段胀头4之间设有一段轴向槽5，弧段胀头4的外端在轴向位于管板坡口6根部及根部内侧两毫米之间的范围a内，弧段胀头4的内端距离其外端的距离b大于两毫米，即胀接区域的外侧起始点距离坡口6根部0-2mm，内侧终止点距离外侧起始点不小于2mm；在胀套3内推进前端设有圆锥段的胀紧芯轴7，使得弧段胀头4外撑，受弧段胀头4挤压的管壁扩张并与管孔内壁紧密贴合，将换热管1胀接固定于管孔内；C）清理：对换热管和管板表面待焊区域进行清理，去除油、锈和水等杂质；D）焊接：如图3所示，将单定位封口焊接机头8的定位心轴9插入待焊换热管1并胀紧，调整焊枪10位置和送丝角度，焊枪角度c采用5-20°，焊丝采用奥氏体组织焊丝，焊丝牌号为ERNiCrMo-3或ERNiCr-3，在纯氩气或氩气与氦气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺，包括以下步骤：A）准备：打磨、抛光待焊管端，清理管板孔内表面；其特征在于：B）胀接定位：将换热管穿过管板的管孔并伸出管板端面，将胀套伸入换热管内，胀套前端内设锥孔、外圆周设有数个凸起的弧段胀头，弧段胀头的外端在轴向位于管板坡口根部及根部内侧两毫米之间，弧段胀头的内端距离其外端大于两毫米；在胀套内推进胀紧芯轴，胀紧芯轴前端为圆锥段，使得弧段胀头外撑，受弧段胀头挤压的管壁扩张并与管孔内壁紧密贴合，将换热管胀接固定于管孔内；C）清理：对换热管和管板表面待焊区域进行清理，去除油、锈和水等杂质；D）焊接：将单定位封口焊接机头的定位心轴插入待焊换热管并胀紧，在惰性气体保护下，采用脉冲电流先进行打底层焊接，焊后进行100%渗透探伤；再采用脉冲电流进行面层焊接，焊后进行100%渗透探伤+射线探伤；E)热处理：探伤合格后对封口焊缝进行局部热处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺，包括以下步骤：A）准备：打磨、抛光待焊管端，清理管板孔内表面；其特征在于：B）胀接定位：将换热管穿过管板的管孔并伸出管板端面，将胀套伸入换热管内，胀套前端内设锥孔、外圆周设有数个凸起的弧段胀头，弧段胀头的外端在轴向位于管板坡口根部及根部内侧两毫米之间，弧段胀头的内端距离其外端大于两毫米；在胀套内推进胀紧芯轴，胀紧芯轴前端为圆锥段，使得弧段胀头外撑，受弧段胀头挤压的管壁扩张并与管孔内壁紧密贴合，将换热管胀接固定于管孔内；C）清理：对换热管和管板表面待焊区域进行清理，去除油、锈和水等杂质；D）焊接：将单定位封口焊接机头的定位心轴插入待焊换热管并胀紧，在惰性气体保护下，采用脉冲电流先进行打底层焊接，焊后进行100%渗透探伤；再采用脉冲电流进行面层焊接，焊后进行100%渗透探伤+射线探伤；E)热处理：探伤合格后对封口焊缝进行局部热处理。


2.根据权利要求1所述的一种异种钢开坡口管板与换热管封口焊工艺，其特征在于：焊接时脉冲电流的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王筱磊，银润邦，奚旭，郑周，蔡继和，陈太军，
申请(专利权)人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51