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抚顺机械石油化工设备有限公司(113015) 赵玉红
辽宁石油化工大学(抚顺市 113001) 高 磊
吉林奇峰化纤有限公司(132115) 赵显全
抚顺机械制造有限公司(113006) 吴振林 周力 任立阳
某公司为吉林奇峰化纤有限公司年产4万吨差别化腈纶技术改造项目承制一台醋酸去除塔再沸器。该设备由两个管箱、壳体和管束4 部分构成，其结构如图1所示。其主要技术特性见表1，其中管程的介质为DMAC+AA（二甲基乙酰氨+醋酸），经查HG20660—2000 标准，其毒性等级为中级，且腐蚀性较强烈。故管程主体材料选用抗缝隙腐蚀和应力腐蚀较好的904L不锈钢。
1 904L 钢焊接性分析
1. 1 904L 钢的化学成分及力学性能
904L 钢符合ASME SA—240中的N08904，其化学成分和力学性能分别见表2和表3。
根据成分可以计算出Creq=24.82%，Nieq=25.28%，查舍费勒图可知，904L是全奥氏体高镍低碳不锈钢。
1. 2 焊接中易出现问题及预防措施
常见的热裂纹形式有弧坑裂纹、热影响区裂纹、焊缝横向和纵向裂纹。904L钢是单相奥氏体组织，其焊接接头易出现热裂纹，主要为弧坑裂纹，其原因主要有：①焊缝金属凝固期间由于热胀冷缩存在较大的拉应力，被拉开的缝隙没有足够的液态金属来填充，因此产生弧坑裂纹；②焊缝为单相奥氏体柱状晶组织，易于杂质的偏析及晶间液态薄膜的形成；③904L钢含镍量比较高，镍易于S和P形成低熔共晶物，其中Si和Nb也能形成有害的易熔晶间层。
为防止弧坑裂纹应采取如下措施：①采购时严格控制母材和焊材中S、P等有害元素的含量；②采用适当的焊接坡口和焊接方法，即采用小的熔合比；③选用低氢型焊条；④焊接参数选用小的热输入（即小参数快速焊）；⑤层间温度不宜过高(≤100 ℃)，以避免焊缝过热产生高温液化裂纹，并且施焊过程中焊条不允许摆动；⑥选择合理的焊接结构、焊接接头形式和焊接顺序，尽量减少焊接应力；⑦在焊接收弧处应进行打磨后施焊，以避免弧坑裂纹。
2 焊接工艺性试验
2. 1 焊材的选择
由以上分析，904L钢为全奥氏体单相组织，对焊接热裂纹极其敏感，为此应选用低S、P的焊接材料。对904L钢的焊接，选用与之相匹配的国产高温合金Ni182（符合GB/T.15620-1995标准）和镍合金焊条ENiCrFe-3（Ni307B）（符合AWSA5.11-90标准）。采用镍基焊材,不但抗裂性好,而且获得较好的焊接工艺性。
2. 2 坡口制备
坡口加工最好采用机械加工，若用等离子切割加工则加工面必须用机械方法打磨；因焊接熔池粘滞性强，流动性差，因此装配时要求坡口角度比通常稍大（选70°）；又因其线膨胀系数大，所以对接间隙稍宽（3～4mm）；为保证背面焊透要求打磨清根而不用碳弧气刨（防止渗碳） 。
2. 3 焊接方法及工艺参数的选择
由于904L 钢导热率小，热膨胀系数大，因此采用小热输入、短弧焊、快速焊，这样即可减小热裂纹倾向又可防止变形。其焊接顺序为：手工氩弧焊打底→手工电弧焊填充→手工电弧焊盖面→背面机械打磨清根→背面手工电弧焊盖面，其焊接方法及工艺参数见表4 。
2. 4 焊接接头检验
（1） 对焊缝进行了外观检查，焊缝余高在0～2 mm之内，满足要求
（2） 对焊缝表面进行100 %PT 检验，结果表明无裂纹、气孔和弧坑等缺陷
（3） 对焊接接头进行100 %RT 检验，均达到Ⅰ级
（4） 对焊接接头进行力学性能试验，结果未发现裂纹、未熔合等缺陷，其力学性能试验数据及结果见表5。此外，对焊缝及热影响区进行了金相观察，均符合要求。
3 质量控制
在实际产品焊接时，为获得优良的焊缝质量，要严格按焊接工艺评定执行。同时还应注意以下几点：
（1） 焊接时尽量使用引弧板和收弧板或处理好弧坑
（2） 用砂轮进行打磨清根
（3） 焊接时要严格控制层间温度
（4） 减少在敏化区停留的时间
4 结 论
实践证明，对于904L奥氏体不锈钢，选用NiCrFe-3（Ni307B）焊条焊接是可行的，所选择的焊接工艺参数能够使焊缝力学性能满足技术要求，实际产品焊接过程中所采取的措施保证了制造过程的质量，使醋酸去除塔再沸器顺利完成生产的同时也为904L奥氏体不锈钢焊接积累了一定的经验。
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