不銹鋼復合板在壓力容器焊接方面的討論

鄭祖杰

摘 要：不銹鋼復合板在實際生產(chǎn)和制造過程中，焊接是其中最重要的環(huán)節(jié)之一，其質(zhì)量將直接關系著設備的使用壽命及其耐腐蝕性和安全性，故對焊接質(zhì)量進行控制是一個重點問題。文章主要對不銹鋼復合板的壓力容器焊接技術方面進行了研究。

關鍵詞：不銹鋼復合板；壓力容器焊接；設備制造

不銹鋼復合板是以低合金鋼或碳鋼為基層，以不銹鋼為復層，采用軋制法、爆炸法等制成的雙金屬復合板，其既具備低合金鋼的低成本和高強度優(yōu)勢，同時還兼具不銹鋼的耐腐蝕性，因而近年來在化工、煉油等領域應用十分廣泛。

1 不銹鋼復合板容器焊接簡介

不銹鋼復合板容器是由兩種材料結(jié)合而成的，由于兩種材料在組織、化學成分以及物理性能方面均存在較大差異，故在實際焊接過程中，除需考慮復材和接頭的性能要求之外，還應重點考慮異種鋼焊接問題。在此過程中，基層將會對復層產(chǎn)生一定的稀釋作用，故使復層中的Ni、Cr含量降低，并逐漸開始出現(xiàn)擴散問題，在焊接處形成脫碳層和增碳層，最后導致熱影響區(qū)軟化。為避免上述問題，需在基層和復層之間增設過渡層，從而形成三層焊接層，其中，基層和復層屬同類材料焊接，其金屬性能將直接影響焊接工藝，而過渡層屬異種鋼焊接，其焊接性將直決定另外兩層的金屬填充、接頭形式以及物理性能和化學性能等。

2 焊接材料及其方法選擇

2.1 焊接材料

基層焊接材料應充分結(jié)合基材機械性能和化學性能，并參照相應的技術條件和標準作出正確選擇，當材料為低合金鋼或碳素鋼時，其焊接材料應保證焊縫金屬的力學性能高于母材的標準規(guī)定值。

復層焊材應選擇與其材料機械性能和化學性能相近的類型，并對材料的耐腐蝕性具有一定要求。奧氏體不銹鋼材料應保證其內(nèi)部含金元素含量不能少于規(guī)定值以下。過渡層焊接應充分尊重異種鋼焊接原則，復合板焊條25%Cr～20%Ni型號為最佳選擇。

2.2 焊接方法

不銹鋼復合板在進行壓力容器焊接的過程中，一般可采用CO2氣體保護焊接、埋弧自動焊接以及手工電弧焊接等方式。其中，復層和過渡層焊接可選用手工氬弧焊以及手工電弧焊等方式，當然也可結(jié)合現(xiàn)場實際情況采取帶極埋弧自動焊以及氣體保護焊的方式[1]。

3 設計焊接坡口

設計不銹鋼復合板焊接坡口，一般需結(jié)合焊縫的化學成分、材料的實際厚度以及接頭的位置等因素來進行。若焊接縫對于腐蝕性提出更高要求時，需在基層和復合層的交接處，加工掉基材2mm左右，并使用過渡層焊材進行填充，避免基材焊縫對于復層的化學性能造成影響，并保證其內(nèi)部含金元素含量達標，從而使接頭處的耐腐蝕性達到基本設計要求。

在保證焊接質(zhì)量的前提下，實行接頭設計原則，盡量少的使用填充金屬，從而為后續(xù)工作提供便利。焊接工作基本上都在基層側(cè)進行，可有效減少工作量，且更加有利于控制復合層焊機及其內(nèi)部金屬化學成分。

當不銹鋼復合板殼體與不銹鋼接管進行組合焊接時，應盡量采用內(nèi)齊平結(jié)構；當不銹鋼復合殼體與低合金鋼進行組合焊接時，應保證殼體與接管的端部對齊，在焊接分層和過渡層時，可將接管端部堆焊成形。

4 焊接程序

4.1 基層焊接

在此環(huán)節(jié)中，為保證施工工藝簡便，并降低熱循環(huán)對于焊縫的影響，可先對基層部分進行焊接，并盡量將工作轉(zhuǎn)移到基層側(cè)進行，避免焊接過程中對于復合層造成的影響和損壞。當復材接合面與基材加工至2mm左右時，應先去除基層焊縫加強高再進行過渡層焊接。另外，還應禁止觸碰熔化復材，焊縫余高需控制在合理范圍內(nèi)。綜合權衡基材結(jié)構、種類以及厚度等因素，必要時可進行相應的預熱處理。

4.2 過渡層焊接

在熔合良好的情況下才能開展過渡縫焊接工作，焊絲、焊條應盡量選擇接線能量小且直徑小的類型，還應避免基材金屬融入量過高，從而保證融合比的合理性，避免化學成分遭到破壞而引發(fā)的裂紋問題，過渡層厚度一般需控制在2mm以內(nèi)，且需覆蓋全部基材。

4.3 復層焊接

該環(huán)節(jié)同樣應選用較小焊接線能量，并嚴格把控層間溫度。若產(chǎn)品對耐腐蝕性提出較高要求，需在焊接時將溫度控制在100℃～150℃之間。復材表面以及焊縫均應保持光滑和平整，焊縫余高最多不可超過1.5mm，焊角高度以及焊縫坡度均應符合設計要求。

在此環(huán)節(jié)中應重點保護復層表面，防止飛濺對其造成破壞，且不可在其表面隨意進行引弧。焊接支架、吊環(huán)以及卡蘭時，禁止使用鐵錘、鐵棒等工具敲擊其表面。

關于T型接頭焊接方面，焊接筒體時，若在完成復合板縱縫焊接后進行環(huán)焊縫焊接，則極易將過渡層焊縫融入基層焊縫，從而形成硬脆組織。另外，此處焊接應力較為集中，本身就較容易出現(xiàn)裂紋問題，故為保證T型接頭焊接質(zhì)量，應在環(huán)形基層焊接工作完成之后，再進行分層和過渡層焊接[2]。

4.4 焊縫無損檢測

該檢測可為容器質(zhì)量提供有效保障，設計者應選擇適宜的檢測比例和方法。在此之前需對無損檢測的各項標準和規(guī)定進行詳細了解，并結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構、材質(zhì)以及操作條件等確定檢測方式。對于不銹鋼復合板容器而言，其檢測程序和方式至關重要，需在設計圖紙中一一明確。

復合板材料與其他材料不同，需在焊接過程中進行一系列無損檢測。基層是其中一個重要的組成部分，故基層焊縫應進行嚴格的超聲波檢測和射線檢測，完成該環(huán)節(jié)后，再進行分層和過渡層焊接，去除加強高，并進行表面磁粉檢查，保證所有接合處均未出現(xiàn)缺陷問題。

5 總結(jié)

綜上所述，為保證不銹鋼復合板壓力容器焊接質(zhì)量，需正確選擇焊接材料和工藝；保證焊接坡度設計的合理性；按照正確的順序開展各環(huán)節(jié)焊接工作；復層和基層之間的過渡層是整個焊接工作的重點內(nèi)容；無損檢測對于產(chǎn)品焊接質(zhì)量將產(chǎn)生直接影響。實踐中應重點關注上述幾點，從而保證焊接質(zhì)量。

參考文獻：

[1]付洪亮，付林也，侯斯允.不銹鋼復合板壓力容器焊接工藝的研究[N].沈陽工程學院學報（自然科學版），2016，12（04）：378380+384.

[2]鈾鈾，馮健，王超.壓力容器用大幅面爆炸焊接不銹鋼復合板缺陷形成機理[J].壓力容器，2014，31（03）：1519+39.