大型14Cr1MoR+NS1102復(fù)合板壓力容器制造工藝

張藝瀟

摘要：為使14Cr1MoR+NS1102復(fù)合板能更安全、有效使用并創(chuàng)造出更多的效益，提出加強(qiáng)產(chǎn)品加工過程把關(guān)控制的建議。文章圍繞14Cr1MoR+NS1102這種材料，較為詳細(xì)的探究原材料的控制、焊接工藝測評、焊接后熱處理等制造過程，總結(jié)工藝實(shí)施難點(diǎn)、控制關(guān)鍵點(diǎn)，希望能從理論層面上給同行實(shí)踐帶來一定幫助。

關(guān)鍵詞：14Cr1MoR+NS1102材料;復(fù)合板;壓力容器;工藝控制

引言

鎳-鋼復(fù)合板是采用基層與復(fù)層通過爆炸焊接工藝復(fù)合制造而成的雙金屬材料，其中基層主要用于保證材料的高強(qiáng)度，而復(fù)層鎳主要用于提升材料的耐蝕性，這種金屬材料有經(jīng)濟(jì)性高、實(shí)用性強(qiáng)等特征，這也是近些年國內(nèi)化工設(shè)備制造領(lǐng)域內(nèi)鎳-鋼復(fù)合板應(yīng)用范圍不斷拓展的主要原因。因?yàn)檫@種鋼材是由兩種材料復(fù)合制成，故而在形成焊接接頭時(shí)，容易出現(xiàn)裂紋、夾渣、未熔合等焊接缺陷，外加兩種材料有較強(qiáng)的熔合性，焊接工序中若基層較多碳熔入到復(fù)層，則會削弱復(fù)層的耐腐蝕性，影響材料的應(yīng)用強(qiáng)度。本文以急冷塔項(xiàng)目制造為實(shí)例，較為深入的探究復(fù)合板壓力容器的制造工藝。

1、基礎(chǔ)材料要求

1.1鋼板與鍛件

鋼板與鍛件訂貨不僅要和相應(yīng)材料的要求相吻合，也要符合相應(yīng)要求：是細(xì)晶粒鎮(zhèn)靜鋼，晶粒度和GB/T?6394-2017規(guī)定相吻合，晶粒度≥5級，正火聯(lián)合回火狀態(tài)供貨狀態(tài);于交貨狀態(tài)下的硬度≥220HBW;鋼板按照NB/T?47013.3-2015要求逐張并100%UT檢測，Ⅱ級達(dá)標(biāo)，鍛件依照NB/T47013.3-2015逐一檢測，全部鍛件的單個(gè)、密集區(qū)缺陷UT檢測質(zhì)量級別≥Ⅱ級;母材模擬焊接熱處理后的機(jī)械性能要符合現(xiàn)行規(guī)范，抗拉強(qiáng)度520～580MPa，屈服強(qiáng)度≥310MPa，硬度≤220[1]。

1.2焊接材料

（1）確保焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材設(shè)定的下限值;

（2）焊縫金屬Cr、Mc含量要和母材相當(dāng)。

2、筒體加工制造

于三輥上卷制加工筒體時(shí)，于展長方向形成的直線段，筒體展開料方向要分別留置出200mm加工余量。端頭經(jīng)預(yù)彎處理后，測量外周長，精準(zhǔn)剔除端頭余量。因14Cr1MoR經(jīng)熱切割處理后會生成淬硬層，形成熱影響區(qū)，故而熱切割后形成的斷面均進(jìn)行打磨處理，端頭要留下2mm打磨余量，測試所有被打磨表層的硬度，硬度值HBW≤225，坡口表層均要進(jìn)行100%MT檢測。確定筒體單節(jié)實(shí)際長度時(shí)，不僅要考慮板材板寬，也要綜合分析筒體的開孔部位，盡可能的使焊縫避開開孔處。

3、焊接工藝

3.1焊接前的準(zhǔn)備

焊接前要認(rèn)真清理掉焊絲表、坡口及其周邊50mm范圍內(nèi)的雜質(zhì)，包括油污、鐵銹等;焊條、焊劑應(yīng)用前一定要做到烘干處理（300～350℃，1～2h），領(lǐng)用的焊條一定要安置于保溫桶內(nèi);為使最后焊接質(zhì)量得到保障，統(tǒng)一應(yīng)用機(jī)械加工法處理坡口，并加強(qiáng)坡口表層的質(zhì)檢力度。

3.2確定焊接方法及坡口

上段筒體是14Cr1MoR，配置應(yīng)用了雙U型坡口，聯(lián)合焊條電弧、埋弧焊進(jìn)行焊接，前者施焊部位1～5層、12～17層，焊條R307G;后者利用焊絲H08CrMoG、焊劑SJ110去焊接6～11層。

下段筒體材質(zhì)14Cr1MoR+NS1102，控制基層焊道和復(fù)合界面距離2～3mm時(shí)開始逐漸應(yīng)用鎳焊條，當(dāng)實(shí)測高出復(fù)合界面2～3mm左右后進(jìn)行消氫處理，處置溫度低于100℃后持續(xù)焊接復(fù)層。R307G焊條電弧焊焊接1～5層、12～14層;焊絲H08CrMoG埋弧焊焊接6～11層，該道工序中配合使用焊劑SJ110;對于過渡層及復(fù)層15～17層均應(yīng)用焊條電弧焊，焊條類型ENi6182。

3.3主要焊接工藝參數(shù)

見表1[2]。

3.4焊接前預(yù)熱處理

控制預(yù)熱溫度150℃，層間溫度150～250℃，火焰加熱器執(zhí)行預(yù)熱過程，定位焊之前也不能省略預(yù)熱工序，及時(shí)清除裂紋后，隨后進(jìn)行施焊。

3.6焊后熱處理

消氫處理要在焊后即刻進(jìn)行，消氫溫度300～350℃，時(shí)間2～3h，該道工序應(yīng)用履帶式電加熱器進(jìn)行。既往很多生產(chǎn)實(shí)踐表明，焊后消氫處理有助于增加鋼材內(nèi)氫的擴(kuò)散系數(shù)，使焊接接頭內(nèi)過飽和態(tài)的氫迅速擴(kuò)散、逃逸，進(jìn)而防控形成冷裂紋。

焊后熱處理宗旨主要是優(yōu)化焊接接頭的組織與性能，避免焊接殘余應(yīng)力等有害因素。經(jīng)熱處理后，通過硬度測試檢測焊接受壓焊縫及熱影響區(qū)，硬度值HBA≤225[3]。

因?yàn)樵O(shè)備自身的形體相對較大，熱處理爐受到一定限制，故而分段進(jìn)行熱處理操作，最末一道環(huán)縫采用局部熱處理的方法。分段熱處理階段，配合使用熱處理工裝防控發(fā)生筒體局部塌腰、口端變形情況，兩段塔分別支撐三圈工裝，各部署5個(gè)測溫點(diǎn);焊接試件上均要布置一個(gè)測溫點(diǎn)，整個(gè)設(shè)備布設(shè)的測溫點(diǎn)達(dá)到12個(gè)。對最末一道環(huán)縫進(jìn)行局部熱處理環(huán)節(jié)中建議配合應(yīng)用了加熱器，且督導(dǎo)工人針對臨近加熱區(qū)的位置要防控出現(xiàn)有害溫度梯度，建議對焊縫兩側(cè)距焊縫邊界分別200mm采取相應(yīng)的防范措施，借此方式使焊接后材料的組織及性能得到更大保障。

結(jié)束語：

總之，在加工經(jīng)制造壓力容器時(shí)，通過加強(qiáng)原材料質(zhì)量的控制，設(shè)定適宜的焊接工藝參數(shù)，規(guī)范的執(zhí)行焊前預(yù)熱處理工作及維持適宜的人層間溫度，焊后快速進(jìn)行消氫處理，有助于短縮設(shè)備的制造周期，使其質(zhì)量安全得到更大的保障，延長使用壽命，創(chuàng)造出更理想的效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王利軍、張舉莉、史京生.14Cr1MoR+NS1102復(fù)合板焊接缺陷分析[J].河南科技，2020，No.721（23）：134-137.

[2]耿海斌，韓紅彪.14Cr1MoR/022Cr19Ni10大型復(fù)合板的焊接工藝[J].2021，745（2012-14）：99-99.

[3]簡樂平，劉立彪，張計(jì)謀，等.軋制及熱處理對304-14Cr1MoR復(fù)合板性能和組織的影響[J].金屬材料與冶金工程，2019，47（01）：17-21.