浙江至德鋼業(yè)有限公司承制的一臺加氫脫硫進料、反應(yīng)產(chǎn)物換熱器，主體材料選用基層材料為14Cr1MoR，復(fù)合層材料為06Cr18Ni11Ti（化學(xué)成分見表5-45，力學(xué)性能見表5-46），其規(guī)格為Φ1300mm×（26＋3）mm×6812mm。管程設(shè)計壓力1.54MPa，殼程設(shè)計壓力為3.17MPa，管程設(shè)計溫度為375／40（℃），殼程設(shè)計溫度為305／40（℃）。
一、焊接性分析
1. 焊接材料
從表中的化學(xué)成分計算出基層材料14Cr1MoR的碳當(dāng)量（C）為0.626％，可以判斷該材料焊接性不好，焊接前必須要較高溫度的預(yù)熱，施焊時要嚴(yán)格控制好焊接工藝。復(fù)合板的復(fù)層Cr-Mo含量較高且其C含量較低。因此在焊接中要注意這些因素：①. 焊接過程中加熱和冷卻不均勻，在基層厚度方向會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力在不銹鋼復(fù)層就會形成拉伸應(yīng)力。在拉伸應(yīng)力的作用下有可能在某個薄弱地帶開裂而形成熱裂紋。②. 避免發(fā)生焊縫化學(xué)成分稀釋，產(chǎn)生碳遷移到過渡層。
為了防止上述問題的發(fā)生，應(yīng)采取下列措施：①. 對于復(fù)層要避免基層的碳元素遷移過渡而導(dǎo)致增碳，以免降低復(fù)層的耐蝕性；②. 對于基層要避免復(fù)層的鉻、鎳等元素過渡而導(dǎo)致合金含量增高。若鉻、鎳合金元素增高，基層焊縫中會形成脆硬組織，容易產(chǎn)生裂紋，影響焊縫強度；③. 焊接時采用小熱輸入、小截面焊道，以減少焊縫溶池過熱，避免粗大柱狀晶的產(chǎn)生。
2. 熱處理
14Cr1MoR鋼板是低合金耐熱鋼，其焊縫區(qū)在回火時，隨著溫度的升高，會使沖擊韌度下降，甚至開裂，是回火脆性的典型表現(xiàn)。當(dāng)焊接熱輸入超過30kJ／cm、預(yù)熱和層間溫度高于250℃時，則Cr-Mo鋼焊縫金屬的強度和沖擊韌度會明顯下降。為了避開Cr-Mo鋼在400～700℃時的回火脆性敏感區(qū)，同時滿足設(shè)計要求，選用焊后熱處理溫度為704℃，恒溫2h后緩慢冷卻。
二、焊接工藝
1. 焊接坡口的選擇
坡口如圖5-23所示，目的是使基層與復(fù)層交界處遠(yuǎn)離焊接時的熱量集中區(qū)，避免了基層焊接時導(dǎo)致復(fù)層的分層。
2. 焊接方法
選用焊條電弧焊，在平面位置進行焊縫正面和背面的焊接，焊后采用碳弧氣刨清根。
3. 焊接材料
為了保證焊縫耐蝕性、高溫強度、沖擊韌度和焊縫化學(xué)成分，選擇與母材化學(xué)成分接近的焊接材料。復(fù)合板的基層14Cr1MoR的焊接用R307BL焊條；過渡層采用A062焊條，以保證過渡層金屬的化學(xué)成分為奧氏體＋少量鐵素體，不出現(xiàn)馬氏體，避免產(chǎn)生熱裂紋；復(fù)層用A132焊條。三種焊條的化學(xué)成分見表5-47。
4. 焊接參數(shù)
為了避免過渡層出現(xiàn)馬氏體組織，過渡層焊接時應(yīng)采用小直徑、高鉻鎳焊條，并采用小熱輸入、短弧焊、快速焊，以降低對復(fù)層的稀釋。還要控制好過渡層和復(fù)合層的層間溫度，保證焊接接頭有良好的耐蝕性。經(jīng)焊接工藝評定，選用了下列焊接工藝參數(shù)（見表5-48）。
三、焊接時的注意事項
1. 坡口表面20mm范圍內(nèi)清除干凈油污、水跡和污物。焊前復(fù)層用汽油或丙酮除去油污，在復(fù)層焊縫兩側(cè)150mm范圍內(nèi)涂白堊粉防止飛濺粘附。打磨不銹鋼焊道，要用專用的錘頭除熔渣，防止?jié)B碳。
2. 焊前預(yù)熱是有效防止焊接熱裂紋的重要工藝手段，預(yù)熱溫度要控制在160～250℃，復(fù)層溫度不高于60℃。
3. 層間溫度要控制200～250℃之間，不得超過250℃。焊接時通過控制焊接參數(shù)來控制焊接熱輸入，應(yīng)采用多層多道焊、窄道焊及小幅擺動焊條（擺動參數(shù)為0～8mm）進行焊接。
4. 基層焊接時，嚴(yán)禁基層焊條焊到復(fù)層，焊接表面應(yīng)距復(fù)合界面1.5～2.0mm，超過部位需用角向打磨機打磨。
5. 過渡層與復(fù)層焊接時要保證復(fù)層的耐蝕性，過渡層厚度為2.0～3.0mm。復(fù)層焊接時，為減少熱影響區(qū)，降低合金稀釋率，焊接時焊條不擺動，采用多層多道焊，宜采用小電流，直流反接。嚴(yán)格控制過渡層及復(fù)層的層間溫度不高于250℃。
四、焊接檢驗
按檢測評定標(biāo)準(zhǔn)JB／T 4730-2005《承壓設(shè)備無損檢測》進行檢測，先后對換熱器的A、B類焊接接頭的基層和復(fù)層焊縫進行100％．RT檢測，技術(shù)等級為AB級，質(zhì)量等級為II級合格；100％UT檢測，技術(shù)等級為B級，質(zhì)量等級為I級合格。所有焊縫的一次射線檢測合格率超過98％，一次返修合格率為100％。全部滿足設(shè)計圖樣要求。
