材料与焊接石油化工设备技术，2004，25（3）铸铁制润滑油冷却器封头的焊接修复黄均（福建炼油化工有限公司，福建泉州362800）头存在的难点进行了分析讨论，并提出了具体的焊接修复方法。修复实践表明，通过采用合理的焊接修复工艺，铸轶制油冷器封头的焊接修复是成功的。

　　1前言福建炼化公司催化裂化装置的一台润滑油冷却器（以下简称油冷器），在对其管束清洗完毕安装投用时，发现在管箱法兰的内缘处有一条长约120mm的裂纹，裂纹沿着法兰内圆呈周向分布，裂纹已贯穿法兰厚度，在管箱内侧可以清晰地看到裂纹的存在。油冷器的规格及操作参数如表1所示。裂纹的位置及封头基本形状如所示。

　　表1油冷器规格及操作参数规格/mm操作介质操作温度广C操作压力/MPa管程壳程管程壳程管程壳程循环水润滑油裂纹的存在，致使油冷器管箱内的介质渗漏，无法投用。封头的材质为HT25?47（新牌号为HT250），材料的化学成分及金相组织如表2所示。

　　2裂纹形成原因分析2.1结构本身应力的影响油冷器封头为整体铸造结构，裂纹产生于法兰内圆与封头圆弧的交界处。这一部位是铸铁件的热结部分，*后凝固，杂质含量较高，甚至有缩孔、夹杂气孔、微裂纹等缺陷存在，造成成分及组织的不均匀，内应力很大，很容易形成裂纹。

　　表2 HT250的化学成分及金相组织化学成分，金相组织石墨其他为片状光体98%以上，二元石墨，长磷共晶2.2投用过程中水击造成的影响由于设计上的原因，油冷器的回水管线上没有排气阀。在油冷器投用时，由于操作错误，先开上水阀，后开回水阀，造成原油冷器管束内的残余空气排气不畅，再加上给水过快，产生水击，就有可能使铸铁制的封头破裂。

　　当油冷器投用时，其内部有空气，因水流涌动的动量转化为对管内空气的冲量，空气被压缩，形成气泡，体积变小，内压升高，压力升高后有可能使气泡破裂，气泡的破裂使这一部位形成一个低压区，四周的水流因惯性以篼速冲向气泡破裂的理工大学化机系，获学士学位，华东理工大学在读工程硕士。

　　现在福建炼油化工有限公司催化裂化车间从事设备管理工作，工程师。

　　中心，产生强烈的冲击，类似水泵中的气蚀现象。

　　水击产生的压力按式（1）计算。

　　由水击而造成的压力增加值，水流速的变化值，m/s；水击传播速度，m/s.而产生的压力增加值约为。79MPa，而铸铁制油冷器封头的使用压力等级仅为59MPa级。由此可见，水击产生的冲击力已经超出了铸铁件的许用压力范围。因此，由于油冷器投用时产生的水击，可能会造成油冷器封头的破裂。

　　3焊接修复难度分析由于铸铁材料自身的特点，油冷器焊接修复存在一定的难度，主要有以下两个方面：3.1焊接裂纹的产生裂纹的产生可归纳为裂纹源的产生和裂纹的发展两个过程。铸铁中存在大量裂纹源，HT250的金相组织除了85%95%片状石墨之外，还存在着气孔、砂眼、夹杂物等。铸铁补焊后还可能出现夹渣、气孔、咬边、未焊透、微裂纹等缺陷，熔合区可能出现大片Fe3C，热影响区可能出现淬火马氏体。铸铁中裂纹源的扩展是由热应力引起的，热应力是由热变形受约束而产生。内应力是位错滑移受阻产生点阵畸变而引起，这里集中了98°/99%的残余应力，铸铁内应力是在共析转变后形成的。当温度降到40（TC以下，铸铁失去塑性变形能力，变形受到拘束，不能进行应力松弛，使应力集中加重。当拉应力超过标准抗拉强度时，铸铁就被拉断。铸铁断裂是从一个石墨片到另一个石墨片进行的过程。在高倍电子显微镜下可以观察到石墨片和石墨片之间存在着极细微的裂纹，石墨片在应力作用下，在主裂纹较远的地方就与其他次裂纹连接起来，从而发生断裂。

　　3.2气孔的产生从封头材料的化学成分来看，材料含C量较高，在焊接过程中，铸铁中的C被氧化而形成CO和co2气体，气体可使焊接熔池不稳定，也会使熔化金属飞溅，其反应比较强烈，如来不及从熔池中逸出，就会产生气孔。反应式如下：一定量的Si、Mn.Si、Mn能与空气中的氧反应生成相应的氧化物，二氧化硅和三氧化二锰。在焊接时，熔池在结晶过程中，除了氢的溶解度随温度降低而降低析出氢形成氢气孔外，还有氢与氧的反应，在温度下降时，产生的氧化物被氢还原，与此同时，铸铁表面的碳也与氧化物反应，生成一氧化碳。反应式如下：上述反应生成的水和CO，在焊缝金属冷却过程中，来不及析出而形成气孔。

　　4焊接修复基于以上的分析，补焊时主要是控制裂纹、气孔的产生。为达到此目的，采用以下的工艺进行焊接修复。

　　焊前裂纹的检查和清除补焊前用着色法对整个油冷器封头进行检查，找出所有的裂纹，并用砂轮机打磨，确保所有的裂纹全部清除干净。

　　在打磨掉裂纹的部位用砂轮机加工出坡口，坡口形式按照焊接规范选用，坡口形式如所示。这种坡口形式有利于减小应力集中系数，使裂纹的活动减慢或停止，从而防止开裂。

　　补焊前在裂纹两端距裂纹端点外5mm处各钻一个Mmm的止裂孔，防止在焊补过程中裂纹继续沿圆周方向发展。

　　用气焊火焰清除坡口内的油污等杂质，坡口两侧25mm范围内用钢丝刷打磨，露出金属表面光泽。

　　2mm的铸308焊条。铸308焊条为纯镲焊条，焊条药皮类型为石墨型，熔敷金属的化学成分如表3所示。为减轻因母材杂质含量高易产生气孔的影响，采用多层焊。焊接顺序为：先焊外侧大坡口焊缝，然后在内侧清根，将打底焊道全部清理干净，再进行内侧焊接。多层焊时，首先在坡口内堆焊一层，打底焊焊道厚约3mm，以改善补焊区的化学元素组成，减少气孔的产生。然后在**层上再焊第二层，在第二层上再焊第三、第四层，直到将坡口填满，获得满意的焊缝为止。焊接顺序如所示。

　　表3熔敷金属的化学成分其他焊前用气焊火焰将铸铁封头整体加热至200°C，并对缺陷部位集中加热，这样做可以提高补焊区的预热温度，减少白口及裂纹源的形成，能松弛应力。

　　采用小电流焊接。焊接电流90110A，以防止温度过高产生白口和裂纹，每焊完一道，用钢丝刷清理焊渣，并进行热锤击，热锤击的目的是使焊缝发生塑性变形，以消除应力，使组织变细，改善机械性能，并能使焊缝受力实现侧压，从而避免受拉。

　　考虑到需补焊的焊缝长约200mm，采用分段焊接，每段焊缝长度约50mm.采用分段焊接能使焊缝收缩量减少，后段焊缝对前段焊缝有退火松弛应力作用，也能将平面应变状态变为平面应力状态，采用分段焊接还能够给刚焊接完的焊缝两端提供足够大的伸缩变形空间，防止裂纹的产生。焊接工艺参数如表4所示，焊条烘干参数如表5所示。

　　表4焊接工艺参数焊条直径/mm预热温度/线能量/k焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/表5焊条烘干参数烘干温度厂c烘干时间/h保温温度/‘C焊后用石棉布包裹好铸铁封头，对其保温缓冷，以减小温度梯度，降低变形速度，防止裂纹的发生。

　　在整个补焊过程中由于严格按照事先制定的补焊工艺执行，焊接完后在焊缝及母材的热影响区没有发现裂纹和气孔产生。

　　5结束语油冷器封头补焊完后安装回油冷器进行试漏检查，未见有水渗漏。引循环水时，按操作规程缓慢引水，先开回水阀，再开上水阀，防止水击产生，油冷器充满水后正常工作，在补焊的部位没有发现有水渗漏的现象。实践证明，所选用的补焊修复工艺是正确的，补焊修复是成功的。