20R+0Cr13Al復(fù)合鋼容器的焊接

楊琛 席連玉 萬(wàn)波 許良燕 秦志燕

我公司為某石化公司生產(chǎn)的100萬(wàn)t/a延遲焦化裝置均是由主體材質(zhì)為20R+0Cr13Al復(fù)合鋼板制作的塔器，產(chǎn)品規(guī)格為：φ1 400~2 200mm，復(fù)合板材（14~18）mm+3mm，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為GB150—1998、JB/T4710—2005，設(shè)計(jì)壓力為1.43MPa，設(shè)計(jì)溫度73℃，介質(zhì)為柴油、汽油、焦化干氣，要求設(shè)備焊后對(duì)塔體內(nèi)表面進(jìn)行酸洗鈍化處理。

1. 20R+0Cr13Al復(fù)合鋼板焊接性分析

（1）化學(xué)成分及力學(xué)性能 20R+0Cr13Al復(fù)合材料屬于鐵素體-馬氏體系復(fù)合鋼板，復(fù)層為鐵素體-馬氏體不銹鋼，基層為20R鋼，化學(xué)成分和力學(xué)性能分別如表1、表2所示，20R+0Cr13Al復(fù)合鋼板的力學(xué)性能如表3所示。

（2）焊接特點(diǎn) 該類復(fù)合鋼板的焊接性主要取決于馬氏體鋼的物理性能、化學(xué)成分、接頭形式及填充材料的種類。

焊接接頭容易產(chǎn)生冷裂紋：復(fù)合鋼板的焊接也屬于異種鋼的焊接，其基層與復(fù)層母材本質(zhì)在成分、性能等方面有較大差異，而且基層與復(fù)層的焊接材料也同樣存在較大差異，因此稀釋作用強(qiáng)烈，增大了結(jié)晶裂紋傾向；異種鋼接頭在焊后冷卻時(shí)容易形成淬硬組織，同時(shí)珠光體與馬氏體的線膨脹系數(shù)相差較大，接頭中會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，都會(huì)促使焊接冷裂紋的產(chǎn)生。

表1 20R鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能

表2 0Cr13Al鋼板的化學(xué)成分和力學(xué)性能

表3 20R+0Cr13Al復(fù)合鋼板的力學(xué)性能

焊接接頭產(chǎn)生脆化：基層和復(fù)層的含鉻量差別較大，促使碳向覆層遷移擴(kuò)散，而在其交界的焊縫金屬區(qū)域形成增碳層和脫碳層，加劇熔合區(qū)的脆化。

2. 焊前準(zhǔn)備

（1）焊接方法的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)圖樣要求采用焊條電弧焊，但生產(chǎn)單位可以自選焊接方法。由于延遲焦化裝置的塔器規(guī)格大、數(shù)量多，我們采用焊條電弧焊和埋弧焊相結(jié)合的焊接方法，這樣既能保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，又能滿足客戶的工期要求。

（2）焊材的選擇 為保證復(fù)合鋼板的焊接質(zhì)量，首先要分別選擇復(fù)層和基層的焊接材料。為有效防止稀釋和碳遷移等，在基層與復(fù)層之間加焊過(guò)渡層。

復(fù)層用焊接材料應(yīng)保證熔敷金屬的主要合金元素含量不低于復(fù)層母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，對(duì)于0Cr13Al鋼板的焊接采用焊條電弧焊，焊條選用E309—16；基層按鋼材合金含量選用焊接材料，保證焊接接頭的抗拉強(qiáng)度不低于基層母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，基層焊接根焊選用焊條電弧焊，焊條選用E4315，填充采用埋弧焊，焊絲用H08A，焊劑HJ431；過(guò)渡層焊接材料選用E309—16，以保證能補(bǔ)充基層對(duì)覆層造成的稀釋。焊接20R+0Cr13Al復(fù)合鋼板的焊條及焊絲的化學(xué)成分如表4所示。

（3）焊接程序 復(fù)合鋼板的坡口及焊接順序如附圖所示，即先焊基層，再焊過(guò)渡層，最后焊復(fù)層，過(guò)渡層的熔焊金屬在基層的厚度為1.5~2.5mm，在復(fù)層的厚度為0.5~1.5mm。

坡口及焊接順序

3. 焊接要點(diǎn)

（1）基層的焊接 先焊基層焊縫，采用焊條電弧焊打底，選用E4315焊條，根焊的厚度不能太薄，以防埋弧焊時(shí)因參數(shù)太大而燒穿，焊前對(duì)焊條進(jìn)行350℃烘干，短弧焊接，防止氣孔產(chǎn)生。然后用埋弧焊進(jìn)行填充焊接，嚴(yán)格控制焊接速度等工藝參數(shù)，保證焊縫的一次合格率。用磨光機(jī)徹底清理根部焊縫，焊條電弧焊從背面進(jìn)行封底焊，保證焊縫背面的成形和內(nèi)在質(zhì)量。

（2）過(guò)渡層的焊接 復(fù)合鋼板焊接的重點(diǎn)和難點(diǎn)均在于過(guò)渡層的焊接，在焊基層焊縫時(shí)，預(yù)留出1.5~2.5mm的厚度，選用E309—16焊條進(jìn)行焊接。焊前對(duì)焊條進(jìn)行150℃烘干，采用小的熱輸入、反極性、直線運(yùn)條和多層多道焊。

（3）復(fù)層的焊接 復(fù)層焊接時(shí)采用E309—16焊條進(jìn)行焊接，焊前對(duì)焊條進(jìn)行150℃烘干，采用短弧、小電流、快速焊，不作橫向擺動(dòng)，并且嚴(yán)格控制層間溫度≤150℃，這樣可以有效防止焊縫在高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，否則會(huì)促使粗晶脆化傾向。各焊道具體焊接參數(shù)如表5所示。

（4）酸洗鈍化處理 復(fù)合鋼板的基板就是要保證容器要求承受的壓力，而復(fù)層滿足需要的耐腐蝕性能。在復(fù)合容器的生產(chǎn)制造過(guò)程中，復(fù)層可能被污染，因此焊后需對(duì)塔體內(nèi)表面進(jìn)行酸洗鈍化處理。

4. 無(wú)損檢測(cè)

鐵素體-馬氏體系復(fù)合鋼板接頭產(chǎn)生冷裂紋的潛伏期與填充材料種類和焊接工藝密切相關(guān)，焊后需停留24h再進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，以保證產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

（1） 滲透檢測(cè) 對(duì)復(fù)合鋼板的復(fù)合層焊縫進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，符合JB/T4730.5—2005的規(guī)定，I級(jí)合格

（2） 射線檢測(cè) 對(duì)所有塔器的對(duì)接焊接接頭進(jìn)行射線檢測(cè)，符合JB/T4730.5—2005的規(guī)定，II級(jí)合格。

5. 工藝評(píng)定

對(duì)20R+0Cr13Al（14+3）復(fù)合鋼板的對(duì)接焊縫進(jìn)行了工藝評(píng)定，其力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

6. 結(jié)語(yǔ)

采取上述工藝措施后，產(chǎn)品焊接一次合格率達(dá)到了99%，滿足了設(shè)計(jì)和業(yè)主的要求。

表4 焊條及焊絲的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表5 焊接參數(shù)

表6 復(fù)合鋼板對(duì)接焊縫的力學(xué)性能試驗(yàn)