引言

      我公司制造的一台预热器，为硫磺制酸改造项目焚硫转化工段设备，结构如图1所示，壳程介质为空气，工作温度进口为120℃，出口为530℃，设计压力20kPa，管程介质为氧气、氮气、二氧化碳、水等，工作温度进口为700℃，出口为300℃，设计压力2kPa，其中换热管采用20#渗铝管，规格为Ф45mm×3.5mm，上管板（接头编号C1）为Q345R材料，厚度为45mm；下管板（接头编号C2）为S30408材料，厚度为45mm。
 

      渗铝钢是在高温条件下，活性铝原子扩散到碳钢或合金钢上，形成具有表层铝铁合金层的钢材，具有抗高温氧化、抗硫化氢腐蚀性和耐环烷酸腐蚀性等性能，广泛应用于石油化工、锅炉余热回收设备中。其耐腐蚀性首先是因为在渗铝层表面形成了一层致密的附着力极强且稳定的Al2O3保护膜，其次是在液体介质中渗铝层相当于一个阳极，渗铝层中的铝被缓慢消耗，使母材腐蚀得以延缓。但由于渗铝层的组织、化学成分、熔点、导热性能等与基体金属差异很大，使渗铝钢焊接有以下特点：（1）容易产生裂纹。铝是铁素体化元素，焊接时易氧化，从而使焊接接头韧性下降，在应力作用下极易开裂；（2）气孔较多。熔池中铝的存在使焊缝易产生气孔；（3）钨极污染。采用钨极氩弧焊时熔池表面有氧化铝悬浮物，易污染钨极；（4）影响耐腐蚀性。焊接线能量过大或焊接热熔化易破坏焊缝处管子的渗铝层，影响渗铝层的防腐作用[1-2]。
 

      根据渗铝钢的焊接特点和预热器产品结构，进行了渗铝换热管与上下管板焊接工艺评定试验，以制定焊接工艺，保证产品焊接质量。

     1焊接工艺试验

     焊接方法

      渗铝钢可采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、惰性气体保护焊等方法进行焊接，根据产品结构型式和公司焊接经验，采用钨极自动氩弧焊方法进行焊接，焊接参数设定见表1。
 

表1 焊接参数设定

     焊接材料[2-4]

     为保证焊缝与母材具有相同的腐蚀性能，选用某厂家生产的国产焊材，焊丝为ER309Mol，规格为Ф1.0mm，化学成分见表2所示。焊接时采用99.99%的氩气保护，流量为8～12L/min。

表2 焊丝ER309MoL化学成分（质量分数）（%）

   焊前清理

     渗铝钢焊前清理非常重要，20#渗铝管待焊接部位采用砂轮打磨去除表面杂质和表面的氧化铝，但应注意不要破坏表面渗铝层，管板待焊部位同样打磨干净，不得有油污、氧化物、水分等影响焊接质量的杂质。
 

   试验方案

     根据接头编号C1、C2不同材料，分两个焊接试件，编号为PQR1550和PQR1551。PQR1550选用管板材质为Q345R，PQR1551选用管板材质为S30408，换热管均为20#渗铝管，按照NB/T47014附录D进行焊接工艺评定试验。

     2试验结果分析

     试件焊接后进行100%PT检测，无裂纹缺陷，取样后进行宏观金相检测和角焊缝厚度测量，结果见表3，宏观金相显示焊缝无裂纹、未熔合、根部未焊透等缺陷，角焊缝厚度均大于2/3b（＞2.33mm），结果符合NB/T47014附录D要求[5]。
 

表3 试验结果

     3结束语

     预热器产品换热管表面渗铝，换热管与管板的接头焊接极易产生缺陷，采用钨极自动氩弧焊，选用ER309MoL焊丝，进行20#渗铝换热管与Q345R、S30408管板的焊接工艺评定试验，结果表明焊接接头质量符合NB/T47014附录D标准要求，此工艺可以用于产品焊接。