双面堆焊厚管板制造技术文献学习体会

文献概况与技术背景

本文由西安核设备有限公司杨美昆、张斌于2021年发表于《中国化工装备》第23卷第5期，研究编号508。该文献介绍了煤化工设备制造行业中核心设备脱盐水预热器的结构、功能及技术特征，重点对设备双面管板制造过程和质量控制进行了详细介绍。

双面堆焊厚管板是换热器、预热器等压力容器的关键部件，其制造质量直接影响设备的密封性能、耐腐蚀性能和使用寿命。在煤化工行业中，脱盐水预热器承受高温高压的脱盐水介质，对管板的堆焊质量和制造精度要求极高。该文献的研究成果对同类设备的制造具有重要的参考价值。

双面堆焊管板的技术特征分析

管板的结构与功能

脱盐水预热器管板通常由碳钢或低合金钢基体（如Q345R、16MnR等）和双面堆焊的耐腐蚀层（如304、316L不锈钢或镍基合金）组成。管板的功能包括：

固定换热管，保证管束的密封性；分隔壳程和管程的介质；承受管内外的压力差；提供足够的强度和刚度。

双面堆焊的必要性在于：管板的两面分别接触不同介质，一面可能为高温脱盐水（腐蚀性较强），另一面可能为蒸汽或其他介质。通过双面堆焊，可以在保持基体材料经济性的同时，为两面分别提供所需的耐腐蚀性能。

堆焊层材料的选择

根据文献描述，管板堆焊层的材料选择需要综合考虑以下因素：

制造工艺流程与质量控制

制造工艺路线

双面堆焊厚管板的制造通常遵循以下工艺流程：

1. 基体材料的下料和机械加工。根据管板尺寸精度要求，对钢板进行切割、铣削等加工，确保平面度和厚度公差满足要求。
2. 基体表面的预处理。去除表面氧化皮、油污、锈蚀等，必要时进行喷砂或酸洗处理，确保堆焊层与基体的良好结合。
3. 第一面堆焊。采用适当的堆焊工艺（如SMAW、FCAW、SAW等）在基体一面进行多层多道堆焊，形成第一层耐腐蚀层。
4. 第一面堆焊层的加工。对堆焊层表面进行车削或铣削加工，去除余量，达到设计尺寸和表面粗糙度要求。
5. 第二面堆焊。翻转管板，在另一面进行堆焊，形成第二层耐腐蚀层。
6. 第二面堆焊层的加工。同第一面，进行表面加工至设计尺寸。
7. 管板钻孔。在堆焊层上钻换热管孔，孔的加工质量直接影响换热管的装配和密封。
8. 无损检测。对堆焊层和钻孔区域进行UT、PT等无损检测，确保无裂纹、气孔、未熔合等缺陷。

关键质量控制点

文献强调了"合理工艺技术方法，减少焊接变形，确定正确、规范、可靠的制造工艺技术参数"，这是双面堆焊厚管板制造成功的关键。具体而言：

第一，焊接变形控制。厚管板双面堆焊过程中，由于热输入大、堆焊层厚度大，焊接变形问题尤为突出。控制措施包括：采用对称堆焊顺序、控制层间温度、采用分段退焊法、设置反变形量等。

第二，稀释率控制。堆焊层与基体之间的稀释率直接影响堆焊层的化学成分和性能。稀释率过高则堆焊层的耐腐蚀性能下降，过低则可能影响结合强度。通常要求稀释率控制在5%至15%范围内。

第三，铁素体含量控制。对于双相不锈钢堆焊层，铁素体含量是影响耐蚀性和焊接性的重要指标。铁素体含量过高可能导致脆性增加和耐蚀性下降，过低则可能导致热裂纹倾向增大。通常要求铁素体含量控制在30%至60%范围内。

第四，钻孔质量。管板钻孔是双面堆焊管板制造的关键工序，孔的质量直接影响换热管的装配和密封。钻孔时需要注意：控制进给速度和切削参数，避免堆焊层表面产生裂纹或剥落；保证孔的垂直度和表面粗糙度；防止钻孔过程中堆焊层与基体的结合面出现分层。

电渣焊在厚管板制造中的应用

文献关键词中提到了"电渣焊"，这表明在该管板的制造过程中可能采用了电渣焊（ESW）工艺。电渣焊是一种适合厚板焊接的高效焊接方法，具有以下特点：

第一，熔敷效率高。电渣焊的熔敷率可达20至30公斤/小时，远高于常规电弧焊，适合厚板焊接。

第二，焊缝质量高。电渣焊的熔池冷却速度慢，有利于形成柱状晶组织，减少偏析和裂纹倾向。

第三，可实现全位置焊接。通过适当的工装设计，电渣焊可以实现横焊、立焊等位置。

在厚管板制造中，电渣焊可能用于管板的拼接或厚板基体的焊接。但需要注意的是，电渣焊的热输入大，对母材的焊接性要求较高，碳钢和低合金钢的电渣焊性能通常优于不锈钢。

工程实践中的挑战与对策

双面堆焊厚管板的制造面临以下主要挑战：

第一，双面堆焊的对称性控制。两面堆焊的厚度、硬度、化学成分应尽可能一致，否则可能导致管板翘曲或应力不对称。

第二，堆焊层与基体的结合质量。堆焊层与基体之间的冶金结合必须可靠，任何界面缺陷都可能导致堆焊层在服役过程中剥落。

第三，钻孔过程中的质量控制。在堆焊层上钻孔时，如果进给速度过快或钻头磨损严重，可能导致堆焊层表面产生微裂纹或剥落，影响换热管的密封。

第四，无损检测的覆盖率。双面堆焊层需要100%的无损检测覆盖，以确保无裂纹、气孔、未熔合等缺陷。常用的检测方法包括超声检测（UT）、渗透检测（PT）等。

关键疑问与工程思考

该文献的研究成果为煤化工行业脱盐水预热器管板的制造提供了实用的技术指导，但从工程应用的角度，仍有以下问题值得深入思考：

首先，堆焊层的长期服役行为需要关注。双面堆焊管板在长期高温高压工况下，堆焊层可能发生蠕变、应力松弛、腐蚀疲劳等退化行为，这些行为的预测和评估需要更多的长期运行数据支持。

其次，堆焊层与基体的热膨胀系数差异可能引起界面应力。在温度变化较大的工况下，堆焊层与基体之间的热膨胀不匹配可能导致界面开裂或分层，这是需要重点关注的失效模式。

再者，管板钻孔后的密封性能需要系统评估。钻孔过程中可能引入的微观缺陷（如微裂纹、塑性变形带等）可能在服役过程中成为泄漏的起始点，需要采取适当的后处理措施（如钻孔后的抛光、密封焊等）来消除这些隐患。

学习心得与启示

这篇文献的最大价值在于其系统性地介绍了双面堆焊厚管板的制造全过程，从材料选择、工艺设计到质量控制，涵盖了管板制造的关键环节。文献中强调的"合理工艺技术方法，减少焊接变形"和"严格控制操作过程"，是保证管板制造质量的核心原则。

对于从事钢管和管件制造的技术人员，这篇文献的启示在于：双面堆焊厚管板的制造是一项系统工程，需要综合考虑材料、工艺、设备、检测等多个方面的因素。任何一个环节的疏忽都可能导致最终产品的质量不合格。特别是在煤化工、石油化工等苛刻工况下，管板的质量直接关系到设备的安全运行，必须严格执行质量标准和工艺规程。

同时，文献中关于稀释率和铁素体含量的讨论，对理解堆焊层的性能控制具有重要的参考价值。在实际工程中，稀释率的控制是堆焊层性能优化的关键手段之一，需要通过调整堆焊工艺参数（如电流、电压、焊接速度、堆焊层厚度等）来实现。而铁素体含量的控制则关系到双相不锈钢堆焊层的耐蚀性和焊接性，需要通过合理的焊材选择和工艺参数优化来实现。

总体而言，这篇文献为双面堆焊厚管板的制造提供了全面、系统的技术指导，对于从事压力容器和换热器制造的技术人员具有重要的参考价值，值得在后续的同类设备制造中继续深入研究和应用。