凝汽器用不锈钢焊接管的研究现状

凝汽器用不锈钢管基本都是焊接管，几乎没有无缝管，其它压力不太高的换热器使用焊接管的也不少，美国发电厂甚至在高压加热器上也使用不锈钢焊接管。对壁厚不大于1mm的换热管，焊接管具有很大的优势。与无缝管相比，不锈钢焊接管生产设备轻巧，投资少，建设速度快，焊接方法简便，尺寸精度高，制造速度快，内外平滑，表面质量好，产品规格范围宽，成材率高，成本低，可比无缝管制造成本低20-30%。

贾凤翔对不锈钢焊接管的工艺做了较全面的论述。上海电气电站设备有限公司的刘尔静对我国不锈钢焊管应用现状和制造工艺进行了评述，并从凝汽器制造商的角度对不锈钢焊管的制造工艺及热处理控制提出了相应的要求。李天真对不锈钢焊接管焊缝滚压设备的控制进行了研究。美国Plymouth Tube公司是一家专门从事凝汽器和给水加热器用高档不锈钢焊管的著名制造商，在Daniel SJanikowski的文献中比较全面地介绍了此类不锈钢焊接管的制造流程及其质量检验要点，对我国不锈钢小口径连续焊管产业向高端产品发展具有较高的参考价值。曾任上海交通大学焊接教研室主任、上海焊接技术研究所所长，现任久立焊管研究所所长的何德孚教授从1979年就开始了连续焊接不锈钢管的生产工艺、焊接技术的研究，何德孚教授带领的团队为我国不锈钢焊接管事业做出了杰出贡献，也发表了大量有价值的科技文献，但是有一些观点也需要商榷。综合上述研究人员的文献，他们的主要观点和结论是：

（1）凝汽器、换热器用不锈钢焊接管典型的生产工艺流程是：

1开带→2成形→3焊接→4初定径→5内焊缝整平→6外焊缝打磨→7在连续炉保护气氛中高温光亮退火热处理→8终定径校直→9涡流探伤→10切割→11检测→12水下气密试验→13清洁除水→14装箱。

何德孚认为定径校直在热处理后进行会增加不锈钢管的硬度、强度和残余应力，容易发生应力腐蚀（SCC），故热处理后不应该再定径校直。但是由于温度低，凝汽器条件下不会发生应力腐蚀，故可以将定径校直放在热处理后进行，否则由于凝汽器用不锈钢焊接管的壁厚很薄，绝大多数只有0.5mm，热处理时很容易发生变形，从而引起尺寸精度不合格，大大降低合格率。

（2）不锈钢带边缘的形状尺寸和光洁度对不锈钢管焊缝形状尺寸和内在质量均有较大影响。

（3）不锈钢管的焊接方法有钨极氩弧焊(GTAW)、等离子焊(PAW)、高频电阻焊（HFRW）和激光焊(LBW)等多种方法。钨极氩弧焊又叫非熔化极氩弧焊（TIG），国内各焊管生产商的制造工艺以钨极氩弧焊为主，是最普遍使用的自动焊接技术之一。等离子焊由于等离子焊能量密度高，提高了焊接效率，焊缝成型更好。高频焊焊接速度特别快，可以高达120m/min以上，但是用高频焊焊接的不锈钢管的焊缝耐蚀性能较差，一般不能用于凝汽器和换热器。激光能量密度高、熔融能量大，焊管的焊接速度也非常快，一般都超过20m/min，是不锈钢焊管的发展方向，但是对成型设备要求特别高，现在还很难满足其要求，工艺设备还不够成熟。

（4）凝汽器用不锈钢焊接管的焊接一般不添加填充金属，这类焊接管的焊缝通常需经过冷加工及交货前热处理，使焊缝的机械和耐蚀性能恢复到原始母材状态；而试图通过匹配填充金属使焊缝的性能与母材趋于一致，比直接焊接原始母材要困难很多，焊接过程的复杂性也将增加许多。

（5）不论哪一种焊管制造方法，如果不对焊缝或整个焊管进行冷加工和热处理，其焊缝的微观组织结构与母材有较大差别，焊缝的耐腐蚀性、强韧性常比母材差。因此，如何改进焊管材质的均一性，即尽可能减小或消除焊缝区与母材的微观组织及性能差别，始终是提高焊管质量、拓展焊管应用范围的一个热点。

（6）凝汽器用不锈钢焊接管只要对焊缝进行冷加工，再对焊管进行光亮退火热处理就能较好满足相应的技术要求。如果要进一步提高不锈钢焊接管的质量，则应采用深度冷加工工艺。最终固溶退火热处理前使焊管减壁量达到35%以上的深度冷加工奥氏体不锈钢焊管，其焊缝区与母材的耐腐蚀性更为均一，将是不锈钢焊管生产中有前途的新产品。美国的Plymouth Tube公司不锈钢管焊接后再进行冷拔，其产品在可靠性要求极高的核电站高压加热器上得到了大量应用。

（7）在钨极氩弧焊不锈钢焊管连续生产中，同牌号不锈钢种因产地或炉号不同时焊缝焊透性会有很大差异，其根本起因是母材所含S、O、Ca、Al、Si等元素有差异。一般地讲，不锈钢焊缝的熔深随S和O含量增加而增加，随Ca、Al、Si含量增加而减小。用AOD法生产的不锈钢含S量最好控制在0.01%~0.015%，此时比较适合不锈钢管的焊接。在不锈钢焊管连续生产过程中，必须密切注意带材的原产地及炉号，当产地或炉号有变化时，应及时通过试焊判别其熔透性差异，并通过适当调节焊接参数确保焊透质量。

（8）为了提高不锈钢焊管的生产质量和生产效率，减轻焊接工人的劳动强度，可以安装一种经济适用的CCD焊缝实时跟踪系统。

何德孚教授在多篇文献中提到：抗孔蚀当量PRE仅为19左右的304和304L不锈钢仅从抗点蚀性能出发，就不应作为电站冷凝器这类换热器不锈钢焊管的选材，PRE为26的316L也并非这类换热器的理想选材，太钢公司产品样本中表明的这一观点应该广泛宣传。笔者认为该观点值得商榷，从大量的国内外调查结果来看，电站凝汽器冷却水成分千差万别，内陆电厂凝汽器不锈钢管绝大多数是304和316L，成功案例占多数，其安全可靠性已经得到证实。一味地选用高合金化、高性能的不锈钢牌号会造成较大的浪费，应根据具体的冷却水条件，正确选择不锈钢管材牌号，做到既安全又经济。