[發明專利]一種基于殘余應力調控的雙相不銹鋼換熱板復合焊接方法

有效

• 申請號: 201910612527.2
• 申請日: 2019-07-09
• 公開（公告）號: CN110405372B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 蔣文春;張磊;萬娛;葉培舉;張玉福;蘇厚德;陳韶范;周予東
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: B23K28/02
• 分類號: B23K28/02
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發明涉及板殼式換熱器技術領域，提供了一種基于殘余應力調控的雙相不銹鋼換熱板復合焊接方法，通過電阻焊和氬弧焊的復合焊接方法降低雙相不銹鋼制板殼式換熱器芯體的焊接殘余應力，并調控雙相不銹鋼焊接接頭的雙相比例，避免析出脆性相，提高抗點蝕能力；采用的電阻焊和氬弧焊復合焊接方法能夠有效降低殘余應力，控制板片變形，在第一道電阻焊后進行第二道氬弧焊，除了起到雙道密封的作用，密封效果更好，避免了因一道焊縫失效而導致的介質泄露；氬弧焊的熱輸入還可有效起到冶金作用，促進奧氏體相的析出，降低鐵素體含量，優化兩相比例，提升焊接接頭的力學性能，增強了焊接接頭的抗應力腐蝕開裂能力。

技術領域

本發明涉及板殼式換熱器技術領域，具體涉及一種基于殘余應力調控的雙相不銹鋼換熱板復合焊接方法。

背景技術

換熱器因其可以實現不同溫度下介質的熱量交換被廣泛應用于核電、石油石化等各個行業，而板殼式換熱器相比列管式換熱器換熱效率更高，結構更加緊湊，；相比板式換熱器，板殼式換熱器的密封性能更好，耐高溫、高壓能力更強。相同壓力損失的情況下，其占地面積僅為傳統管殼式換熱器的五分之一，但其傳熱系數為管殼式換熱器的5倍以上，熱回收率可達98％，耐壓可達7MPa，耐高溫可達600℃。

板殼式換熱器由殼體和內部芯體組成。芯體為由多個換熱器板片背向疊合焊接而成的板對進一步焊接而成，目前的焊接密封方法主要有電阻焊，氬弧焊、電子束焊、等離子焊等。因換熱器板片厚度一般小于1mm，用傳統的焊接方法易導致焊接殘余應力過大，板片易變形等問題，從而影響換熱器的使用性能。

雙相不銹鋼兼具鐵素體和奧氏體不銹鋼的優點，是一種強度高、耐腐蝕性能好的材料，其屈服強度和疲勞強度均優于奧氏體不銹鋼，具有良好的焊接性能，熱、冷裂紋傾向較小，是換熱器的理想選材。鐵素體和奧氏體的雙相比的平衡是雙相不銹鋼優異性能的基礎，若焊縫區鐵素含量過高，會大大降低焊接結構的塑性及沖擊韌性和耐腐蝕性能，因此采用合理的焊接方式進而控制在焊縫及熱影響區雙相比例是能否獲得優質焊接接頭的關鍵。而目前的焊接方法，在焊接后焊縫鐵素體含量過高，導致焊接接頭耐蝕性和沖擊韌性大大降低，可能會導致換熱器失效。

目前能有效改善雙向不銹鋼焊接接頭相比例的方法是焊后熱處理，但目前換熱器朝大型化發展，對換熱器芯體進行整體熱處理因尺寸受限是不現實的，因換熱器板片很薄，焊縫所處的折邊較小也不易實現局部熱處理，因此必須考慮焊接實時調控。

目前能有效降低焊接殘余應力的方法有熱處理法、超聲沖擊法、振動時效等，上述熱處理方法不適用，其他方法均因換熱器板片厚度過低易導致更大的變形而不適用。焊后殘余應力消除方式不僅浪費時間，而且投入很大的人力物力。

對于板殼式換熱器板片焊接，歸結主要存在以下技術問題，一般采用電阻焊、氬弧焊、電子束焊、等離子焊等，由于換熱器板片厚度過小，上述焊接方法易產生焊接殘余應力過大，板片變形過大等問題，影響產品的焊接質量，進而影響產品使用壽命；現有技術焊縫成型不良，產品易出現燒穿，咬邊等問題，產品質量難以保證，生產成本高；因焊接熱輸入過大，冷卻速度過快，焊縫及熱影響區來不及析出奧氏體，導致鐵素體含量過高，大大降低焊接結構的塑性及沖擊韌性和耐腐蝕性能，導致換熱器板片失效，介質泄露串流；傳統的單道密封焊接可能出現焊接缺陷進而導致密封失效，因板殼式換熱器的芯體整體焊接結構，一處失效可能導致整個換熱器的報廢。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供一種基于殘余應力調控的雙相不銹鋼換熱板復合焊接方法，尤其指一種雙相不銹鋼制板殼式換熱器芯體的密封焊接方法，在焊接過程中通過實時調控來降低焊接接頭的殘余應力，最大化提高結構完整性、增強抗應力腐蝕開裂能力，為一種能夠顯著提高工效，保證焊接質量的復合焊接方法。

本發明采用以下的技術方案：

一種基于殘余應力調控的雙相不銹鋼換熱板復合焊接方法，包括以下步驟：

(1)焊接前準備：清洗雙相不銹鋼換熱板的待焊接部位；