Q345R+NCu30复合钢板焊接技术要点

鲍碧霞 王昌盛

摘  要：通过对Q345R+NCu30复合钢板的焊接工艺试验及焊接工艺评定，确定了合理的焊接工艺，并成功运用于镍复合钢板容器的焊接制造中，取得了良好的效果，不仅保证了产品的各项力学性能及镍合金复层的耐蚀性能达到技术指标，还为同类产品的焊接积累了宝贵的经验。

关键词：镍复合钢板;耐蚀性;焊接工艺;工艺评定

中图分类号：TG457         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）32-0099-04

Abstract： Through the welding process test and welding procedure evaluation of Q345R+NCu30 composite steel plate， a reasonable welding process was determined. It was successfully applied in the welding manufacturing of nickel composite steel plate container， which achieved good results and not only guaranteed the products. The mechanical properties and the corrosion resistance of the nickel alloy composite layer have reached the technical index， and have accumulated valuable experience for the welding of similar products.

Keywords： nickel composite steel plate; corrosion resistance; welding process; process evaluation

Q345R+NCu30是由镍合金层NCu30和基层Q345R复合而成的。NCu30为蒙乃尔400合金，其内部组织为单相固溶体，是一种高强度镍基合金，对氢氟酸、氟气、热浓碱液、中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等介质具有优质的耐蚀性。且该合金一般不产生应力腐蚀裂纹，加工工艺性能优良。因此它是石油化工领域中最为常用的耐蚀合金之一。由于镍基合金单价较高，为节约成本，一般采用爆炸焊复合工艺，将镍基合金复合在碳钢上，减少镍合金用量。镍复合板复层有镍基合金的耐蚀性，基层保证材料的强度，因此，镍复合板以其价格优势和良好的综合性能，在石油化工等领域的应用日益宽广。镍复合板焊接不仅仅是单一的镍合金焊接或基层的焊接，而是混合的焊接技术，有其特点和难点。通过我公司制造的 Q345R+NCu30复合板设备（厚度3+16mm），进行焊接技术分析。

1 Q345R+NCu30复合板的焊接特点

Q345R+NCu30复合板的强度主要由基层Q345R保证，耐蚀性能由复层NCu30保证，为保证焊后复合板能保有其原有的综合性能，需对基层和覆层分别焊接。由于钢和镍的焊接性能不同，热膨胀系数相差较大，焊接过程中出现较大的体积应力，导致焊接过程中极易产生热裂纹等缺陷。且NCu30中Cu含量较高，极易渗入钢中，造成铜脆。为保证焊接工艺性，增加过渡层焊缝是必要的。因此确保Q345R+NCu30复合板焊接过程中不产生裂纹，且复层保有较好的耐腐蚀性能是一项焊接技术难点。

2 Q345R+NCu30镍复合板的工艺评定

2.1 焊接方法的选择

Q345R+NCu30复合板需对基层、复层分别进行焊接，基层和复层可采用各自适应的焊接方法。基层碳钢Q345R焊接常用的方法有埋弧焊、手工焊条电弧焊、氩弧焊等;复层NCu30主要采用手工焊条电弧焊、氩弧焊。考虑本单位制造的设备直径、长度、厚度不大，从提高生产效率、经济性、质量稳定综合考虑，主体A、B类焊缝基层、过渡层、复层均采用手工焊条电弧焊。NCu30材料化学成分见表1，Q345R材料化学成分见表2。

2.2 焊接材料的选择

Q345R+NCu30復合板的焊接材料按照NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》正文参考选用。Q345R基层采用J507（E5015）。为保证焊接工艺性，过渡层焊缝选用焊材尤为重要，需考虑以下几点：

（1）过渡层需与基层Q345R、复层NCu30有较好的熔合性。

（2）对复层焊缝的金属的稀释率。

（3）控制铜渗入基层。

（4）在焊接过程中，镍、铜元素有烧损，部分复层合金元素熔入基层被稀释，会造成焊接接头塑韧性下降，耐腐蚀性达不到要求。

（5）Ni与γ-Fe可无限固溶。

因此，为补偿合金元素的烧损和保证焊接工艺性，过渡层选用镍含量较高的Ni-Cr-Fe系列焊条Ni307B（ENi6182）。复层焊接时为达到耐蚀性，选用与母材合金系相同的镍铜焊条Ni202（ENi4060）。

此外，镍铜合金焊接时，硫、磷共晶物熔点很低，镍-硫645℃，镍-磷880℃，极易在晶界区残留液态薄膜共晶物，在焊缝冷却收缩应力作用下产生热裂纹。需严格控制焊接过渡层、复层的焊材S≤0.015，P≤0.03。同时选含碳量较低焊接材料，进而保证焊接接头的力学性能和耐腐蚀性能。焊条J507的化学成分见表3，焊条Ni307B、Ni202的化学成分见表4。

2.3 坡口的设计

Q345R+NCu30镍复合钢板焊接接头的坡口选择原则为：（1）保证焊透;（2）操作过程易控制;（3）复层的化学成分达到耐蚀性;（4）节约镍基焊材和减少焊接缺陷。