Q245R+S30408不銹鋼復(fù)合板的焊接

劉天德

（甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

Q245R+S30408不銹鋼復(fù)合板的焊接

劉天德

（甘肅酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

主要從焊接方法、焊接材料、焊接坡口、焊接錯(cuò)邊量的控制、焊后無(wú)損檢測(cè)的選擇及焊接工藝評(píng)定等幾方面對(duì)Q245R+S30408不銹復(fù)合鋼板的焊接工藝進(jìn)行探討。確定了合適的焊接工藝，并有效的應(yīng)用于焊接生產(chǎn)。

不銹鋼復(fù)合板;焊接性;晶間腐蝕;稀釋率

煤分制項(xiàng)目中的脫硫塔和洗劑塔的主體材質(zhì)為不銹鋼復(fù)合板。脫硫塔其規(guī)格為Φ6000mm,高位36500mm.總重量為128.7t,設(shè)計(jì)壓力為0.03MPa。工作介質(zhì)為煤氣，脫硫液。由于工作介質(zhì)具有腐蝕性，要求焊接接頭的晶間腐蝕性能必須符合標(biāo)準(zhǔn)。所以主體材質(zhì)采用復(fù)合鋼板 S30408/Q245R RII級(jí)（GB/ T8165）（復(fù)合板選用濟(jì)鋼生產(chǎn)的熱軋復(fù)合板,覆層有效耐腐蝕層厚度不小于2mm）制造。Q245R,其中S30408的材質(zhì)為06Cr19Ni10。制造要求高，對(duì)此產(chǎn)品專門制定了符合實(shí)際的焊接工藝和措施，并取得了一定的成效。

1 材料的焊接性

對(duì)于復(fù)合板的焊接，焊接的工序較為復(fù)雜，既存在同種材質(zhì)的焊接，也存在異種材質(zhì)的焊接。根據(jù)每一條焊縫根據(jù)接頭形式的不同，所用的焊接材料的種類有最少兩種以上。同時(shí)，根據(jù)不同的位置，選用的焊接方式也不盡相同。采用正確的合理的焊接順序，明確焊接工藝要求，是復(fù)合板焊接的重要環(huán)節(jié)。復(fù)合板的力學(xué)性能和化學(xué)成分見(jiàn)表1、表2:

表1 復(fù)合鋼板的力學(xué)性能

表2 復(fù)合鋼板的化學(xué)成分（%）

2 焊接性分析

不銹鋼復(fù)合板Q245R+S30408,復(fù)層S30408是以鉬為基礎(chǔ)的奧氏體不銹鋼，它與基層的Q245R的物理性能相差比較大，這就增加了焊接的難度。而對(duì)于不銹鋼復(fù)合板的焊接一般分三層進(jìn)行焊接，分別為基層、過(guò)渡層和復(fù)合層。并且三層所使用的焊接材料各不相同，從而導(dǎo)致各層的加熱和冷卻的不均勻，沿基層的厚度方向上產(chǎn)生很大的焊接殘余應(yīng)力，這種焊接殘余應(yīng)力在復(fù)層表面上形成拉應(yīng)力，當(dāng)復(fù)層焊接時(shí)表面容易產(chǎn)生裂紋。而且復(fù)層的奧氏體不銹鋼焊接時(shí)容易產(chǎn)生熱裂紋，究其原因是不銹鋼凝固溫度區(qū)特別寬，低熔點(diǎn)雜質(zhì)易在晶界上富集，線膨脹系數(shù)大，因而冷卻收縮應(yīng)力大。另外基層和復(fù)合層的含碳量和合金成分也有很大的差別，因此，稀釋作用強(qiáng)烈，使得焊縫中形成奧氏體元素減少，從而增加了焊縫中的含碳量，在焊接熔合區(qū)則可能出現(xiàn)馬氏體組織，從而導(dǎo)致硬度和脆性的增加，增大了結(jié)晶裂紋的傾向，同時(shí)基層和復(fù)層的含鉻量差別大，促使碳項(xiàng)符合層遷移擴(kuò)散，而在其過(guò)

渡層的焊縫金屬區(qū)域形成增碳層和脫碳層，加劇了熔合區(qū)的硬化和另一側(cè)熱影響區(qū)的軟化，所以，焊接復(fù)合板時(shí)，減少焊接殘余應(yīng)力、減少焊縫成分的稀釋、防止產(chǎn)生脆硬馬氏體.是保證其力學(xué)性能和具有良好的耐腐蝕性能的必備條件，也是不銹復(fù)合鋼板焊接時(shí)必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

3 焊接工藝制定

3.1 焊接方法的選擇

1)基層焊接方法：因塔體簡(jiǎn)體的直徑為6000mm.故確定基層的焊接都采用氣體保護(hù)焊進(jìn)行焊接，以提高焊接生產(chǎn)率。

2)過(guò)渡層焊接方法：過(guò)渡層的焊接質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)不銹復(fù)合鋼板的基層和復(fù)層的焊接質(zhì)量問(wèn)題，因此過(guò)渡層的焊接是整個(gè)復(fù)合鋼板焊接的重點(diǎn)。首先是控制基層金屬對(duì)過(guò)渡層焊縫金屬的稀釋。因此焊接時(shí)要盡量減少熔合比的方法來(lái)減低對(duì)焊縫金屬的稀釋作用。其次選用合理的焊接方法是影響母材的熔合比的最重要因素。經(jīng)過(guò)對(duì)比使用焊條電弧焊的熔合比比較低，變化范圍較小，因而焊縫成份比較穩(wěn)定。所以采用焊條焊接是最佳的選擇。

3)復(fù)層的焊接方法：復(fù)層為2mm的S30408是超低碳奧氏體不銹鋼，通常是采用焊條電弧焊和鎢極氬弧焊，從生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性、適用性方面考慮，我們選用焊條電弧焊。

3.2 焊接材料的選擇

1)基層焊接材料：采用等強(qiáng)度原則以及使用的狀況，為了保證焊縫與Q245R有相近的抗拉強(qiáng)度。選擇焊絲ER50-6。

2)過(guò)渡層和復(fù)層焊接材料：選擇主要考慮到過(guò)渡層被基層的稀釋，奧氏體不銹鋼復(fù)合鋼過(guò)渡層和復(fù)層的焊接材料一般都選擇鉻、鎳當(dāng)量高的奧氏體焊接材料。焊接電弧穩(wěn)定、飛濺少且成形美觀的鈦鈣型焊條。焊條A302和A102的化學(xué)成分見(jiàn)表3。

表3 A302和A102焊條的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

塔體的直徑大，其對(duì)接焊縫都可以采用單面焊，因此選用的坡口形式如圖l所示。主要考慮了板厚、坡口的形式以及加工設(shè)備和焊接生產(chǎn)率等因素。

圖1 坡口形式

3.4 焊接工藝評(píng)定

焊接工藝評(píng)定按NB47014-2000的要求進(jìn)行。采用尺寸為600mmx600mm的Q245R+S30408復(fù)合鋼板試件兩塊，按圖l要求加工坡口。焊接前，用鋼絲刷清除焊坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的鐵銹和油污等，并在復(fù)層距坡口100mm范圍內(nèi)涂防飛濺涂料；組裝時(shí)必須以復(fù)層為基準(zhǔn)進(jìn)行組對(duì)，控制對(duì)口錯(cuò)邊量小于等于復(fù)層厚度的50%；采用ER50-6的焊絲在基層側(cè)點(diǎn)固。焊接時(shí)。①先焊基層(氣保焊)。先焊復(fù)層側(cè)基層1～4層，焊縫的高度要略高于復(fù)合板的界面，并將焊縫磨平；背面碳弧氣刨，打磨露出金屬光澤后，再焊5道至要求，特別是注意在焊接過(guò)程中要控制層間溫度的范圍，層間溫度要控制在150℃～250℃之間；焊后對(duì)焊縫進(jìn)行外觀檢查和超聲波檢測(cè)，按照J(rèn)B／T4730.3-2005要求，二張都是I級(jí)片。合格。②焊過(guò)渡層。清理復(fù)層側(cè)基層焊縫及坡口周邊的污物和鐵銹等。采用焊條A322Φ3.2焊接過(guò)渡層一6道.控制層間溫度＜150℃，為了控制稀釋率，采用小電流、快速焊、不擺動(dòng)的焊接工藝，焊至高于復(fù)合界面0.5～1.5 mm；③最后焊復(fù)層。清理過(guò)渡層焊縫表面及坡口邊緣，控制層間溫度＜100℃，采用A102 Φ3.2焊復(fù)層，如圖2所示。

圖2 焊縫焊接圖

焊后超聲波檢測(cè)，按照J(rèn)B／T4730.3-2005要求.都是I級(jí)，合格。對(duì)于基層、過(guò)渡層和復(fù)層的焊接方法以及焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 基層、過(guò)渡層和復(fù)層的焊接工藝參數(shù)

按GB／T4334.5.2000《不銹鋼硫酸.硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法》對(duì)焊縫復(fù)層制取試樣進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果全都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表5。

表5 焊接接頭力學(xué)性能

3.5 控制錯(cuò)邊量

通過(guò)對(duì)焊接工藝評(píng)定的試驗(yàn)來(lái)看，影響過(guò)渡層的焊接質(zhì)量好壞直接的是如何控制不銹鋼復(fù)合板的錯(cuò)邊量，對(duì)不銹鋼復(fù)合板錯(cuò)邊量控制的要求要比普通碳鋼或低合金鋼嚴(yán)格多。

1)下料環(huán)節(jié)：在復(fù)合板下料時(shí)，嚴(yán)格計(jì)算簡(jiǎn)體下料展開(kāi)長(zhǎng)度尺寸，并保證實(shí)際下料尺寸準(zhǔn)確，特別是對(duì)角線的長(zhǎng)度的控制，對(duì)角線的長(zhǎng)度之差控制在±1mm.

2)卷筒的環(huán)節(jié)：在卷板機(jī)上卷制筒體時(shí)，要注意復(fù)合板的方向，將鋼板的復(fù)合層在輥?zhàn)觽?cè)。卷筒時(shí)，采用多次卷彎，盡量避免一次成型，以防卷彎過(guò)度，控制好圓度。并且在筒節(jié)焊接之后必須找圓工作。

3)筒節(jié)的組對(duì)環(huán)節(jié)：組對(duì)時(shí)以坡口形式尺寸標(biāo)注以復(fù)層為基準(zhǔn)，并且環(huán)縫組對(duì)采用工裝找圓，使筒體圓度在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，保正組對(duì)質(zhì)量。防止復(fù)層錯(cuò)邊量超標(biāo)。

4)封頭與簡(jiǎn)體組對(duì)環(huán)節(jié)，首先保證各自的圓度，其次根據(jù)封頭周長(zhǎng)匹配簡(jiǎn)體周長(zhǎng)的方法進(jìn)行下料并卷型和焊接等工序，保證封頭與簡(jiǎn)體的組對(duì)質(zhì)量。

3.6 施焊焊工

復(fù)合板的焊接工作必須由從事壓力容器焊接工作的焊工進(jìn)行擔(dān)任。焊工必須按圖樣、工藝文件和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施焊。焊工應(yīng)在規(guī)定部位打上焊工鋼印，由于復(fù)合板的不銹鋼板具有防腐要求，不得在防腐面采用硬印作為焊工的識(shí)別標(biāo)志，而應(yīng)將焊工標(biāo)記打在復(fù)合板的基層上。

4 焊接要求

更好的保證不銹鋼復(fù)合板的化學(xué)成分和機(jī)械性能，焊接時(shí)應(yīng)對(duì)基層、過(guò)渡層和復(fù)層分別進(jìn)行焊接。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1)嚴(yán)格按照?qǐng)D樣、焊接工藝和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施焊。

2)遵循先焊接基層，再焊接過(guò)渡層，最后焊接復(fù)層的焊接順序。

3)坡口清理。施焊前需在不銹鋼復(fù)合板坡口兩側(cè)處50mm范圍角向磨光機(jī)去除銹、污物，并使之露出金屬光澤，并在100 mm范圍內(nèi)刷涂防飛濺涂料。

4)定位焊。定位焊縫只允許在基層金屬面上采用焊接基層金屬的電焊條施焊。不能在過(guò)渡層和復(fù)層來(lái)焊接。

5)基層的焊接，焊接時(shí)應(yīng)控制焊縫中的金屬，不能將基層中焊縫熔化到不銹鋼的過(guò)渡層甚至復(fù)層焊縫，減少熔合比，以免少量高鉻、高鎳的不銹鋼成分稀釋到碳素鋼焊縫中形成馬氏體組織而發(fā)生硬化，使復(fù)合板的性能產(chǎn)生影響。

6)焊接過(guò)渡層時(shí)，應(yīng)盡可能采用小直徑焊條，并采用小的焊接電流、焊接速度進(jìn)行焊接。為了降低基層對(duì)過(guò)渡層焊縫的稀釋，可以采用反極性進(jìn)行直道焊接。

7)復(fù)層焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量，必須控制焊接熱輸入，使焊縫金屬呈奧氏體和鐵素體的雙相組織，可以減少熱裂紋。采用小電流、高焊速、多層多道快速不擺動(dòng)焊法，限制熔池?zé)彷斎耄岣呃鋮s速度，多層焊時(shí)，應(yīng)待前一道焊道冷卻后再焊，控制層溫不超過(guò)100℃。從而保證焊縫金屬具有良好的機(jī)械性能和抗晶間腐蝕能力。

[l]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)第2卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004.

[2]JB／T4709.2000，鋼制壓力容器焊接工藝規(guī)程[S].

[3]NB/T47014-2011，承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S].

TG335.81