奥氏体耐热钢换热管与管板GTAW焊接工艺

李丽茹

（渤海船舶职业学院材料工程系，辽宁葫芦岛215005）

奥氏体耐热钢换热管与管板GTAW焊接工艺

李丽茹

（渤海船舶职业学院材料工程系，辽宁葫芦岛215005）

根据NB/47014-2011附录D的标准规定要求，对奥氏体耐热钢管壳式换热器TP316L管材与S31603板材的焊接进行了焊接工艺试验，该焊接工艺试验采用GTAW焊接方法，选用含碳量及杂质含量较低的H03Cr19Ni12Mo2Si实心焊丝，采用相应的焊接工艺措施进行施焊。并对焊后的焊接接头进行外观检验、金相检验及角焊缝的厚度检验，确定了满足奥氏体耐热钢换热管与管板焊接接头性能的GTAW焊接工艺。

奥氏体耐热钢；换热管；管板；焊接工艺

0 前言

管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。管壳式换热器因其结构坚固、适应性大、制造工艺成熟等优点，成为主要的化工换热设备。换热管与管板的连接是管壳式换热器制造过程中的关键工序，其连接的质量直接关系到换热器的安全、稳定运行。在此根据NB/47014-2011附录D的标准规定，对奥氏体耐热钢TP316L管材与S31603板材的焊前无胀接的焊接工艺进行了研究，对管壳式换热器制造技术具有一定的参考。

1 母材的化学成分和力学性能

该管壳式换热器所用的换热管与管板的试验母材分别为TP316L和S31603奥氏体不锈钢材料，供货状态为固溶处理。该换热器的换热管采用符合ASME SA249标准的TP316L不锈钢标准管，规格为φ38.1mm×2.11mm。管板采用符合GB24511标准的S31603不锈钢板材，规格20mm×300mm×250mm。TP316L与S31603属于奥氏体不锈钢，其牌号为022Cr17Ni12Mo2，化学成分和力学性能如表1、表2所示。

2 焊接性分析

022Cr17Ni12Mo2奥氏体耐热钢含有一定数量的Ni，易与杂质S、P等形成低熔点共晶物。具有较低的热导率、较高的电阻率和线膨胀系数以及高度致密的表面保护膜等，在焊接局部加热和冷却条件下，易产生较大的焊接残余应力，在焊缝金属结晶后期易形成热裂纹。在焊接材料选择时要严格控制焊缝金属中碳和有害杂质元素含量，控制热裂纹产生。

3 焊接工艺

3.1 焊前准备

（1）为保证焊接质量，焊前将管端外伸部分20mm范围进行抛光处理，直至露出金属光泽。

（2）在管板上采用等离子弧切割的方式开坡口，坡口形式如图1所示。

（3）用丙酮清洗坡口周围的油污。

（4）管板加工出10个孔，排列如图2所示。试板孔直径和允许偏差、管板孔中心距K以及试板孔的坡口尺寸按照GB 151中相关规定，管板孔中心距K不小于1.25倍换热管外径，K=1.25×38.1mm=47.6mm，在此取48 mm。

（5）将换热管穿入管板中，预留伸出部分4～6mm。

3.2 焊接方法及焊接材料的选择

该奥氏体耐热钢含有大量对氧亲和力较高的元素，为保证其热强性，选用的焊接方法应能保证其基本元素在所要求的范围之内，本焊接工艺采用GTAW（钨极惰性气体保护焊）进行焊接。为预防焊接时形成热裂纹，需选用含碳量低、杂质含量低的焊接材料。本工艺选用H03Cr19Ni12Mo2Si实芯焊丝进行焊接，焊丝直径φ2 mm。

3.3 焊接工艺参数

换热管与管板的连接方式为强度焊，焊前无胀接，管板的孔桥宽度为9 mm。第一层采用不填丝钨极氩弧焊进行焊接，钨极直径φ2.5 mm，喷嘴直径φ16 mm，保护气为Ar，纯度大于等于99.99%；第二层采用填丝的钨极氩弧焊，其焊接工艺参数见表3。

4 焊接接头的质量检验

4.1 外观检验

对焊后的焊接接头进行渗透检验，执行JB/T4730.5-2005标准，Ⅰ级合格，检验结果显示，被检的10组焊接接头试板均无裂纹产生。

4.2 金相检验

对焊接接头进行金相检验，执行NB/T47014-2011附录D规定进行，按如图3所示任取呈对角线位置的两个管接头切开，两切口互相垂直。切口一侧面应通过换热管中心线，该侧面即为金相检验面，共有8个，其中应包括一个取自接弧处，焊缝根部应焊透不允许有裂纹、未熔合。检验结果如表4所示。

4.3 角焊缝厚度测定

在8个金相检验面上测定角焊缝厚度。每个焊缝厚度都应大于或等于2b/3（1.41 mm）。检验结果如表4所示。

5 结论

通过对奥氏体耐热钢换热管与管板的GTAW焊的焊接工艺评定试验，结果表明，采用焊前无胀接的强度焊接方式，按上述焊接工艺对022Cr17Ni12Mo2奥氏体耐热钢换热管与管板的焊接，其焊接接头质量优良，满足换热管与管板焊接接头的质量要求。

Welding procedure for tube-tube sheet of Austenitic heat-resistance steel by GTAW

LI Li-ru
（Department of Materials Engineering of Bohai Ship Building Vocational College，Huludao 215005，China）

On the base of NB/47014-2011 （Appendix D）,the welding procedure tests have been made between austenitic heatresistance steel tube TP316L of shell heat exchanger and plate S31603 with GTAW.The welding wire is H03Cr19Ni12Mo2Si.It contains low carbon and impurities.The proper welding process measures are taken during welding.After welding,the visual inspection,metallographic examination and thickness inspection of the fillet weld have been made.The GTAW procedure that meet the properties of the welded joint between austenitic heat-resistance steel heat exchange tube and tube sheet is obtained. .

Austenitic stainless steel；heat exchanger；tube plate；welding process

TG444+.74

：B

：1001-2303（2014）02-0060-03

10.7512/j.issn.1001-2303.2014.02.13

2013-09-21

李丽茹（1971—），女，辽宁葫芦岛人，硕士，主要从事金属材料焊接工艺的研发工作。