Q345R+S30408复合钢板焊接工艺分析

□ 鞠小虎 □ 谢永伦

中国石油辽阳石油化纤公司机械厂 辽宁辽阳 111003

近年来，不锈钢复合板压力容器在石油、化工行业中应用较广，不锈钢复合板包括奥氏体不锈钢复合板、铁素体不锈钢复合板和马氏体不锈钢复合板。其中以奥氏体不锈钢复合板最为常用，它既有不锈钢较强的耐腐蚀性，又有普通钢的经济性，因而应用广泛。

1 焊接性分析

某厂为大型化工企业制作的再生塔底重沸器，壳体主要采用 Q345R+S30408（16+4）不锈钢复合板，其中Q345R是基层，复层为S30408，焊接主要包括基层焊接、过渡层焊接和复层焊接，而过渡层焊接属于异种钢焊接，存在不少技术性问题，是研究的重点。Q345R和S30408物理性能和化学成分见表1和表2［1］。

表1 Q345R+S30408物理性能

表2 Q345R+S30408化学成分/%

1.1 焊缝金属的稀释

焊接时，奥氏体焊缝金属与珠光体母材金属之间，由于珠光体母材的稀释作用，往往在焊接接头的过渡区产生脆性马氏体组织，即在珠光体钢一侧融合区附近形成一个窄的低塑性带，宽度一般为0.2～0.6 mm，其化学成分和组织不同于焊缝。它的存在容易导致焊接裂纹，应选用高镍合金的焊条来减少脆性交界层宽度。

1.2 碳扩散

奥氏体钢与珠光体钢接头焊接时，由于基层含碳量高，合金元素含量少，复层正相反，形成浓度差。又因为碳在液态铁中熔解度大于固态铁中熔解度，所以其熔合区附近发生碳扩散现象，导致珠光体钢一侧产生脱碳层，奥氏体焊缝一侧产生增碳层。脱碳层由珠光体变成铁素体晶粒长大软化；增碳层的碳与铬形成碳化铬析出硬化。所以，焊接时应选镍含量高的焊条，缩短高温停留时间来减小扩散层［2］。

1.3 焊接接头应力

奥氏体钢热膨胀系数比珠光体钢大30%～50%，热导率也不同，所以异种钢接头在焊接时将产生较大的热应力，通过焊后热处理消除焊接应力是不可能的。而采用线膨胀系数与珠光体钢较接近的镍基焊条且塑性较好的焊条，可使热应力集中在不锈钢一侧熔合线处，也使奥氏体不锈钢的塑性变形能力增强，减小热应力及热疲劳应力的不利影响［3］。

2 焊接工艺

2.1 坡口制定

坡口形式如图1所示，坡口形式采用单V形坡口，双面焊接。

图1 焊接坡口简图

2.2 各层焊缝的焊接分析

基层采用多层焊，手工电弧打底，并使用J507焊条，焊接速度应快些，焊缝厚度薄些，其焊道不得触及和熔化母材。填充采用H10MnSi焊丝埋弧，进行焊接。

过渡层采用手工电弧焊。过渡层焊缝应同时熔化基层焊缝、基层母材和复层母材，过渡层厚度不小于2 mm。焊接过渡层时，要在保证熔化良好的前提下，尽量减少基材金属的熔入量，为此焊条应采用A062（φ4.0 mm）。

复层焊接采用手工电弧焊，复层焊缝应减少基材金属的熔入量和焊缝的稀释率，并严格控制层间温度，焊条采用 A002（φ4.0 mm）。

2.3 焊接工艺参数和焊条成分

基层焊接选用电焊条J507（φ4.0 mm）和H10MnSi（φ4.0 mm）；复层焊接选用电焊条 A022（φ4.0 mm）；对过渡层的焊接，考虑到基层对不锈钢焊缝金属的稀释作用、熔化区碳的扩散、焊接接头的应力分布、焊缝金属的抗裂性能，焊接选用电焊条A062（φ4.0 mm），可以得到较高抗裂性能的奥氏体＋铁素体组织，焊接工艺具体参数参见表3，表4、表5为母材或焊缝熔敷金属化学成分及力学性能。

表3 焊接工艺参数

表4 母材或焊缝熔敷金属化学成分

表5 母材或焊缝熔敷金属力学性能

2.4 焊接方法

焊接顺序是先焊基层，清根再焊过渡层，最后焊复层。

（1）坡口清理，组对、基层点焊；（2）手弧焊或埋弧焊施焊基层，基层预热（基层≤150℃，其余≤120℃）；保证基层焊缝表面距复层界面距离，避免基层熔敷金属熔至复层；外侧清根后，手弧焊或埋弧焊施焊基层外侧焊缝；（3）基层焊缝外观检查，基层内侧10%渗透检测Ⅰ级合格；（4）手弧焊施焊过渡层，过渡层焊缝PT检查Ⅰ级合格；(5)手弧焊施焊复层焊缝，整道焊缝RT检测，复层100%PT检测。

3 注意事项

（1）严格控制下料组对质量，各纵缝及环缝坡口加工必须用刨边机或采取其它机加工方式，采取措施避免将切割熔渣溅到复层表面上。

（2）机械方法去除坡口及热影响区缺陷后，坡口表面进行PT检查。

（3）复合钢板焊缝组对时以复层为基准，点焊及焊接时基层J507焊材不得熔到不锈钢上，严禁在复层侧焊接任何装配设施。

（4）复层一侧用基层焊接材料焊接基层时，应在覆层表面涂上白垩粉加以保护。基层清理采用碳钢丝刷，复层清理采用不锈钢钢丝刷。

4 检测

按GB151-1999《管壳式换热器》、HG20584-2011《钢制化工容器制造技术要求》、GB150-2011《压力容器》焊缝经过外观、PT和RT检测全部合格，力学性能均达到要求，水压试验完全达到要求［4］［5］。

5 结论

本文主要分析了Q345R+S30408不锈钢复合板的焊接性，制定了焊接工艺，并保证了焊接质量，积累了不锈钢复合板的焊接经验。

［1］ GB150-2011《压力容器》［S］.2011.

［2］ 斯重遥.焊接手册(第二卷）［M］.北京：机械工业出版社，1992.

［3］ 宇永福，张德生.金属材料焊接［M］.北京：机械工业出版社，1995.

［4］ GB151-1999《管壳式换热器》［S］.1999.

［5］ NBT47014 JB4708承压设备用焊接工艺评定［S］.2011.