Q345R+S30408復(fù)合鋼板焊接工藝分析

□ 鞠小虎 □ 謝永倫

中國(guó)石油遼陽(yáng)石油化纖公司機(jī)械廠 遼寧遼陽(yáng) 111003

近年來(lái)，不銹鋼復(fù)合板壓力容器在石油、化工行業(yè)中應(yīng)用較廣，不銹鋼復(fù)合板包括奧氏體不銹鋼復(fù)合板、鐵素體不銹鋼復(fù)合板和馬氏體不銹鋼復(fù)合板。其中以?shī)W氏體不銹鋼復(fù)合板最為常用，它既有不銹鋼較強(qiáng)的耐腐蝕性，又有普通鋼的經(jīng)濟(jì)性，因而應(yīng)用廣泛。

1 焊接性分析

某廠為大型化工企業(yè)制作的再生塔底重沸器，殼體主要采用 Q345R+S30408（16+4）不銹鋼復(fù)合板，其中Q345R是基層，復(fù)層為S30408，焊接主要包括基層焊接、過(guò)渡層焊接和復(fù)層焊接，而過(guò)渡層焊接屬于異種鋼焊接，存在不少技術(shù)性問(wèn)題，是研究的重點(diǎn)。Q345R和S30408物理性能和化學(xué)成分見(jiàn)表1和表2［1］。

表1 Q345R+S30408物理性能

表2 Q345R+S30408化學(xué)成分/%

1.1 焊縫金屬的稀釋

焊接時(shí)，奧氏體焊縫金屬與珠光體母材金屬之間，由于珠光體母材的稀釋作用，往往在焊接接頭的過(guò)渡區(qū)產(chǎn)生脆性馬氏體組織，即在珠光體鋼一側(cè)融合區(qū)附近形成一個(gè)窄的低塑性帶，寬度一般為0.2～0.6 mm，其化學(xué)成分和組織不同于焊縫。它的存在容易導(dǎo)致焊接裂紋，應(yīng)選用高鎳合金的焊條來(lái)減少脆性交界層寬度。

1.2 碳擴(kuò)散

奧氏體鋼與珠光體鋼接頭焊接時(shí)，由于基層含碳量高，合金元素含量少，復(fù)層正相反，形成濃度差。又因?yàn)樘荚谝簯B(tài)鐵中熔解度大于固態(tài)鐵中熔解度，所以其熔合區(qū)附近發(fā)生碳擴(kuò)散現(xiàn)象，導(dǎo)致珠光體鋼一側(cè)產(chǎn)生脫碳層，奧氏體焊縫一側(cè)產(chǎn)生增碳層。脫碳層由珠光體變成鐵素體晶粒長(zhǎng)大軟化；增碳層的碳與鉻形成碳化鉻析出硬化。所以，焊接時(shí)應(yīng)選鎳含量高的焊條，縮短高溫停留時(shí)間來(lái)減小擴(kuò)散層［2］。

1.3 焊接接頭應(yīng)力

奧氏體鋼熱膨脹系數(shù)比珠光體鋼大30%～50%，熱導(dǎo)率也不同，所以異種鋼接頭在焊接時(shí)將產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，通過(guò)焊后熱處理消除焊接應(yīng)力是不可能的。而采用線膨脹系數(shù)與珠光體鋼較接近的鎳基焊條且塑性較好的焊條，可使熱應(yīng)力集中在不銹鋼一側(cè)熔合線處，也使奧氏體不銹鋼的塑性變形能力增強(qiáng)，減小熱應(yīng)力及熱疲勞應(yīng)力的不利影響［3］。

2 焊接工藝

2.1 坡口制定

坡口形式如圖1所示，坡口形式采用單V形坡口，雙面焊接。

圖1 焊接坡口簡(jiǎn)圖

2.2 各層焊縫的焊接分析

基層采用多層焊，手工電弧打底，并使用J507焊條，焊接速度應(yīng)快些，焊縫厚度薄些，其焊道不得觸及和熔化母材。填充采用H10MnSi焊絲埋弧，進(jìn)行焊接。

過(guò)渡層采用手工電弧焊。過(guò)渡層焊縫應(yīng)同時(shí)熔化基層焊縫、基層母材和復(fù)層母材，過(guò)渡層厚度不小于2 mm。焊接過(guò)渡層時(shí)，要在保證熔化良好的前提下，盡量減少基材金屬的熔入量，為此焊條應(yīng)采用A062（φ4.0 mm）。

復(fù)層焊接采用手工電弧焊，復(fù)層焊縫應(yīng)減少基材金屬的熔入量和焊縫的稀釋率，并嚴(yán)格控制層間溫度，焊條采用 A002（φ4.0 mm）。

2.3 焊接工藝參數(shù)和焊條成分

基層焊接選用電焊條J507（φ4.0 mm）和H10MnSi（φ4.0 mm）；復(fù)層焊接選用電焊條 A022（φ4.0 mm）；對(duì)過(guò)渡層的焊接，考慮到基層對(duì)不銹鋼焊縫金屬的稀釋作用、熔化區(qū)碳的擴(kuò)散、焊接接頭的應(yīng)力分布、焊縫金屬的抗裂性能，焊接選用電焊條A062（φ4.0 mm），可以得到較高抗裂性能的奧氏體＋鐵素體組織，焊接工藝具體參數(shù)參見(jiàn)表3，表4、表5為母材或焊縫熔敷金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能。

表3 焊接工藝參數(shù)

表4 母材或焊縫熔敷金屬化學(xué)成分

表5 母材或焊縫熔敷金屬力學(xué)性能

2.4 焊接方法

焊接順序是先焊基層，清根再焊過(guò)渡層，最后焊復(fù)層。

（1）坡口清理，組對(duì)、基層點(diǎn)焊；（2）手弧焊或埋弧焊施焊基層，基層預(yù)熱（基層≤150℃，其余≤120℃）；保證基層焊縫表面距復(fù)層界面距離，避免基層熔敷金屬熔至復(fù)層；外側(cè)清根后，手弧焊或埋弧焊施焊基層外側(cè)焊縫；（3）基層焊縫外觀檢查，基層內(nèi)側(cè)10%滲透檢測(cè)Ⅰ級(jí)合格；（4）手弧焊施焊過(guò)渡層，過(guò)渡層焊縫PT檢查Ⅰ級(jí)合格；(5)手弧焊施焊復(fù)層焊縫，整道焊縫RT檢測(cè)，復(fù)層100%PT檢測(cè)。

3 注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)格控制下料組對(duì)質(zhì)量，各縱縫及環(huán)縫坡口加工必須用刨邊機(jī)或采取其它機(jī)加工方式，采取措施避免將切割熔渣濺到復(fù)層表面上。

（2）機(jī)械方法去除坡口及熱影響區(qū)缺陷后，坡口表面進(jìn)行PT檢查。

（3）復(fù)合鋼板焊縫組對(duì)時(shí)以復(fù)層為基準(zhǔn)，點(diǎn)焊及焊接時(shí)基層J507焊材不得熔到不銹鋼上，嚴(yán)禁在復(fù)層側(cè)焊接任何裝配設(shè)施。

（4）復(fù)層一側(cè)用基層焊接材料焊接基層時(shí)，應(yīng)在覆層表面涂上白堊粉加以保護(hù)?；鶎忧謇聿捎锰间摻z刷，復(fù)層清理采用不銹鋼鋼絲刷。

4 檢測(cè)

按GB151-1999《管殼式換熱器》、HG20584-2011《鋼制化工容器制造技術(shù)要求》、GB150-2011《壓力容器》焊縫經(jīng)過(guò)外觀、PT和RT檢測(cè)全部合格，力學(xué)性能均達(dá)到要求，水壓試驗(yàn)完全達(dá)到要求［4］［5］。

5 結(jié)論

本文主要分析了Q345R+S30408不銹鋼復(fù)合板的焊接性，制定了焊接工藝，并保證了焊接質(zhì)量，積累了不銹鋼復(fù)合板的焊接經(jīng)驗(yàn)。

［1］ GB150-2011《壓力容器》［S］.2011.

［2］ 斯重遙.焊接手冊(cè)(第二卷）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

［3］ 宇永福，張德生.金屬材料焊接［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.

［4］ GB151-1999《管殼式換熱器》［S］.1999.

［5］ NBT47014 JB4708承壓設(shè)備用焊接工藝評(píng)定［S］.2011.