GH35 合金大型换热器制造关键技术研究

王强强

（大庆石化公司热电厂，黑龙江大庆 163000）

0 引言

换热器长期在高温高压下使用，对设备材料要求高，选用GH35 高温镍合金作为反应器材料，GH35 合金材料由于具有优异的高温力学性能和耐腐蚀性能，目前已广泛应用于工业和石化行业。在这种高参数高压下，国内许多生产装置缺乏相应的生产经验，产品安全和质量无法保证，生产中经常出现问题，因此有必要对此类材料和大家电的制造工艺进行审查，以提高产品的安全性和质量，优化和改进生产工艺。

1 GH35 合金开裂机理分析

GH35 合金由于其再生性能，在焊接过程中极易开裂，成为承压设备中最危险的缺陷，因此是大型换热器生产过程中重要的质量控制内容。

许多科学家对GH35 合金材料的焊接性能进行过研究，一般认为GH35 合金线膨胀系数高，镍易消化硫和磷，在焊接过程中容易分离出一些杂质和低熔点物质，导热系数低、熔点低、流量小，在晶界处堆积，易产生热裂纹，使生产质量失去控制。国内几台生产这种换热器的换热器就出现过这类故障，几乎就是这种故障导致的：主焊缝在水压试验过程中出现裂纹，经多次修补后仍无法解决。图1 和图2 分别为GH35 合金换热器制造过程中主接管灯丝焊和对接焊的裂纹缺陷。

图1 设备接管角焊缝裂纹

图2 主体环焊缝贯穿性裂纹

2 焊接质量控制

焊接前应进行焊接工艺评定，焊接应以焊接工艺评定为基础。应根据焊接机理采用适当的焊接工艺，以优化焊接工艺并检查焊接裂纹。

2.1 区域准备

（1）为保证物种的良好聚集性，应加大沟道角度、减小根缘厚度，避免过热，不能通过增加焊接流量来改善液态金属的流动。

（2）为保证良好的混合，厚板产品应选择双U形区，坡口加工应采用热效应较小的机械加工或等离子切割。

（3）焊接前，应将实体及其周围区域清理干净，并浸泡在20 mm 深的水中。

2.2 焊接材料

高镍含量提高了熔敷金属的耐热性和耐腐蚀性，焊接材料为Ernicr-3 和Ernicr-2 的焊丝和焊条，严格控制硫、磷等焊接材料的含量，减少冷却时焊缝中的杂质含量，减少晶界处的沉积，减少焊条热裂倾向（图3）。

图3 对接焊接接头

2.3 焊接方法

焊接方法一般应考虑质量控制和焊接效率。手工焊接采用涂层焊接，埋弧焊焊接，由于散热困难、安全系统高、压力集中，采用小电流TIG（钨极惰性气体保护焊）方法焊接整个喷嘴圆角，也可与氩弧焊、手工焊、水下电弧焊相结合。

2.4 焊接措施

采取的焊接措施有：焊接时采用水管冷却容器壁，加快冷却速度；在焊接过程中应采用红外测温仪进行交互式测温；焊接过程中冷却水管容器壁；筛分过程应尽量少用能量（低电压、低电流、高焊接速度、多层焊接）；内部温度应严格低于标准温度；应使用短卡，电极应正确倾斜，摆动不应超过电极直径的2.5 倍，焊接时尽量采用平焊位置。

2.5 缺陷纠正

在GH35 合金大型换热器的生产中，缺陷的纠正也是一个重点，由于材料经过焊接金属化处理，再焊接降低了材料的焊接性，在修复过程采用专用不锈钢磨盘进行打磨。另外，为避免热裂纹，宜采用氩弧焊。

3 生产过程中的破坏性试验

针对这些产品焊接过程中热裂纹的特点，确定了针对性的无损检测策略。

3.1 焊接工艺无损检测验证

这些材料易开裂，发现裂纹台阶、大量修补、重板装置焊接后难以修复，无损检测焊接方法的应用已纳入质量控制范围，如AB 级双U 后焊，应在每个焊缝焊接后进行渗透检测，并及时打磨和纠正表面误差。氩弧焊完成后，在焊接过程中引入NDIT 中心质量控制的优点是可以及时发现焊接过程中的缺陷，对部分焊缝进行了识别手工焊和自动浸弧焊的NDIT 工艺是相同的，方便裂缝定位和修复。此类设备通常要求对AB 类焊缝进行100%射线照相试验，并要求对CD 类焊缝进行100%射线照相试验。

由于厚度等原因，部分负膜质量可能不完全满足射线焊接工艺试验相关标准的要求，但作为质量控制项目，它具有重要作用：可以大大减少维修次数，避免大面积维修以及多次维修导致材料性能恶化，避免裂纹无法修复，减少生产故障。

3.2 提高无损检测灵敏度

如果X 射线不能穿透壁厚，应首选X 射线机作为X 射线辐射源。如果X 射线不能穿透壁厚，则应首选Ir-192 光源而不是Co60，以提高X 射线检测的灵敏度。为提高证据的误码率，应考虑影响证据敏感性的因素，以提高证据的敏感性。结果表明，提高了检测灵敏度和缺陷的最低检出率，避免了微裂纹等危险缺陷的排除，保证集装箱的安全和质量。

3.3 增加无损检测方法和次数

为提高缺陷检出率，应增加无损检测次数，在容器生产过程中广泛采用无损检测方法。除了渗透试验方法外，还可以采用有毒、相射线、声发射等先进的无损检测方法来检测此类装置的裂纹。压力试验结束后，应选择一些焊缝进行试验，并选择一定比例进行试验。除了传统的无损检测方法外，在焊接过程中还可以用增加超声波方法来控制表面质量。

4 热处理质量控制

JB 4756—2006《镍及镍合金制换热器》规定，含有镍及镍合金的换热器必须经过焊后处理或热稳定处理，钛和铌可以在敏感温度区沿晶界完全形成非常稳定的碳化钛和碳化铌以及Cr23C6 的沉积，GH35 合金的耐晶腐蚀性能得到了提高。

局部热处理通常采用耐用的线材加热方法，还应配备自动温度记录装置，以符合相关标准。有些裂纹是由于热处理不当，特别是局部热处理不当引起的。换热器的热处理可分为不可分割的热处理和局部热处理，严格控制气体中硫含量在0.57 g/m3以下；如果用油炉加热，油的硫含量应低于0.5%，以免损坏对设备有害的杂质。由于窑内热处理的整体效果良好，应首选整个热处理，在条件允许的情况下，严格按照GB 150—2011《钢制压力容器》和JB 4756—2006 标准制定和应用合适的热处理工艺参数，对整个炉的热处理，宜采用电炉而非煤炉。具有自动温度记录装置和其他适当的设备和设备。因此，设备热处理后应进行无损检测和抽查。

5 热加工质量控制

厚板的头部通常通过加热来制造，顶置加热过程的质量控制要点是通过初、终冲压的温度和变形速率来控制的。动态再生发生在975～1100 ℃区域，热变形后的显微组织均匀，为最佳热加工范围：为避免C23C6 在奥氏体不锈钢敏感区的界面间沉积，加热温度不应影响材料的物理状态；温度必须低于1050 ℃；溶液温度和停止点温度不得低于870 ℃。一般情况下冲压两次后必须放置在紧靠地面的冷水池中，由于热压缩成形变形大，冷却水后必须进行无损检测，以避免头部焊缝断裂。

6 结论

在尖锐裂纹的控制下，GH35 合金大型换热器制造难度提高。根据材料特点、裂纹产生机理及相关标准的要求，提出了质量控制措施，并成功应用于多个大型GH35 合金换热器的制造。