脱醇塔用不锈钢复合板的焊接

夏雄

（中国轻工业长沙工程有限公司， 湖南 长沙 410114）

不锈钢复合板一般由较薄的不锈钢板作覆层，较厚的碳素钢或低合金钢作基层经爆炸复合而成，它既可以满足耐腐蚀的要求，又可以降低设备制造成本，广泛用于腐蚀性介质行业的设备制造中，如石油、化工、制药、煤化工等行业。不锈钢复合板的基层和覆层化学成分和物理性能差异很大，焊接性也存在较大差异，它既不同于不锈钢，也不同于碳钢或低合金钢，有其特点和难点。而焊接是不锈钢复合板设备成型的关键技术之一，其焊缝质量直接关系到设备的安全性、耐腐蚀性和设备的使用寿命，特别是易出现裂纹的过渡层的焊接，因此对不锈钢复合板焊接质量的控制尤为重要[1,2]。本文以脱醇塔用Q345R+S30408复合板焊接成型为例，对不锈钢复合板的焊前、焊中和焊后过程进行控制，有效地防止了裂纹、气孔等焊接缺陷的发生，完成了脱醇塔用不锈钢复合板的焊接，利用无损检测技术对焊接质量进行检测，保证了焊接质量。

1 设备概况

某项目中，直径DN5400，高度约73m，总重约2 3 0 t 的脱醇塔为超限类设备，为便于施工和运输，设备在现场制造。设备设计压力-0.1/0.3MPa，设计温度200℃，介质为乙二醇。设备筒体和封头的材料皆为S30408和Q345R复合板，复合板覆层为3mm厚S30408不锈钢，基层材料为Q345R钢板，厚度分别为14mm、16mm、18mm。

设备在现场制造过程中的特点如下：复合板的焊接工作量大，操作难度大；设备刚度小，筒体容易变形，对口的棱角度、错边量易超差；制造现场年平均湿度大，过渡层质量控制难度大，焊缝极易出现气孔、裂纹等缺陷。

2 焊前质量控制

2.1 消除复合板的缺陷

为保证筒体对接焊缝的质量，在复合板材料进现场前严格按照NB/T 47002.1～47002.4-2009《压力容器用爆炸焊接复合板》的要求进行验收，满足B1级别要求。复合板表面出现局部伤痕、刻槽等缺陷应予以修磨，修磨斜度最大为1:3[3]。修磨深度不得大于覆层厚度的30%，且不大于1mm，否则应予以补焊，在处理缺陷的过程中应注意避免铁离子污染[4]。

2.2 复合板的加工

设备使用的不锈钢复合板的切割、坡口加工等在现场完成，采用的方法为等离子切割。在加工过程中，保证覆层在上，以避免剪裁时由于局部未结合的缺陷将复合层与基层撕裂。覆层材料表面在整个操作过程中要注意保护，避免切割时熔渣飞溅至覆层表面上。坡口加工后进行外观检查，不得有裂纹和分层，否则要进行修补。不锈钢板不应与碳素钢板接触，不得出现铁离子污染、划伤等问题。

2.3 错边量控制措施

焊缝对口错边量应满足要求，若错边量过大，基层材料容易渗入到不锈钢焊缝中，以导致裂纹的产生或者焊后覆层焊缝生锈。为保证筒体纵缝、环缝组对时对口错边量满足要求，保证焊接质量，本文从以下几方面采取了措施。

2.3.1 坡口的设计

脱醇塔用不锈钢复合板焊接时，采用Y型坡口。坡口尺寸均以复层为基准，坡口两侧覆层对齐，基层和覆层完全分开，保证焊接操作的同时保证覆层的耐腐蚀性能。本文以14+3厚的不锈钢复合板为例，坡口如图1所示。

图1 不锈钢复合板Y型坡口

2.3.2 筒体下料展开尺寸的控制

一般容器筒节下料尺寸都是按筒节中径进行展开计算，而复合板容器由于错边量的严格要求，必须综合考虑板材卷制时的伸长量、焊接时的对口间隙、焊缝收缩量及复合界面等影响因素，应按封头内周长来匹配筒体周长，计算公式如下：

式中：Di—筒节内径，mm；YH—中性层至筒节内半径的距离，mm。

2.3.3 筒节成型控制

本设备采用三辊卷制，卷制时特别注意钢板板头200mm内圆度的控制，故应对板头采用压头胎具进行预弯，然后再进行整块钢板卷制，卷制过程中采用样板随时对其圆度进行检查。此外对焊接完成的筒体用米字形支撑加固，以确保筒体圆度。焊接成型后的筒节焊缝处采用内弓形样板测量，棱角度≤(S/10+2)，且不大于5mm。

2.3.4 筒节成型控制结果

根据公式(1)，得到了脱醇塔筒节下料尺寸和错边量尺寸，结果如表1。表1数据显示，筒体下料卷制成型筒体的圆度满足标准要求，错边量满足要求。

表1 脱醇塔筒节下料尺寸、成型尺寸结果

3 焊接工艺过程控制

脱醇塔用复合板的焊接采用手工电弧焊，由取得相应资格的焊工完成。焊接顺序为：从基层到过渡层，最后到覆层。焊接采用三种焊条，基层（Q345R）采用J507焊条，过渡层（基层和覆层之间）采用A302焊条，覆层（不锈钢S30408）采用A102焊条。通过焊接工艺评定，确定的焊接工艺参数如表2所示。

表2 焊接工艺参数

按照表1的焊接工艺参数，进行焊接需要注意：

(1)定位焊，定位焊的厚度、长度和间距按照表3的规定，均匀分布。定位焊缝一定要焊在基层金属上，并采用与基层金属相同的焊条施焊。

表3 定位焊尺寸

(2)施焊前，焊缝两边20mm范围内的氧化皮、油污、熔渣及其他有害杂质应清除干净，不锈钢坡口两侧各150mm范围内应涂石灰水，防止飞溅物的粘附，利于后期清洗不锈钢表面。

(3)按图1要求，采用Φ4的J507焊条焊接第1-5层基层焊缝。焊接基层时注意焊缝的厚度，避免触及或熔化覆层，防止基层焊缝熔化到过渡层和覆层中。

(4)清理第1到5层熔渣及飞溅物后，利用Φ4的A302焊条焊接第6层过渡层焊缝。过渡层焊接尽量采用小电流和低电压，每层厚度不宜太大，控制在2-3mm。

(5)采用碳弧气刨反面清根，利用Φ4的J507焊条焊接第7-8层基层焊缝。

(6)利用Φ4的A102焊条焊接第9层覆层焊缝。覆层焊接宜采用小电流、短弧多层多道快速焊接方法，控制热输入量。

具体操作过程中，主要控制点：(1)严格执行焊接指导书的规定；(2)制造现场地处区域年平均湿度大，焊条必须按照标准要求烘干；(3)保证基层、过渡层、覆层之间的相对厚度，特别是过渡层的焊接厚度的控制，过渡层的焊材厚度不超过基层以下1.5mm-2.5mm（图1中的a值），不超过基层以上0.5mm-1mm（图1中的b值），当超过时应用角向磨光机将超出的部分清除；(3)过渡层焊接完成后，焊接接头表面进行100%渗透检测，符合JB/T 4730.5-2005中Ⅰ级为合格，合格后方可进行覆层的焊接。

4 焊后质量检测

不锈钢复合板的强度由基层保证，抗腐蚀能力由覆层保证，过渡层是连接基层和覆层的重要部位。焊接中的问题主要出现在基层与覆层交接处的过渡层，如焊接裂纹等。为保证焊接质量，焊接任务完成后，所有A、B类焊接接头进行RT检测，检测技术等级不低于AB级，检测率不低于20%，合格等级为JB/T 4730.2-2005中的Ⅲ级，且T字缝必拍；焊接接头内表面还进行100%渗透检测，符合JB/T 4730.5-2005中Ⅰ级为合格[5]。对检测不合格的焊缝，要进行返修，返修过渡层或覆层时不得采用碳弧气刨清除缺陷，应采用砂轮机打磨法来清除缺陷，以免基层和覆层材质相互渗入。

5 结束语

不锈钢复合板由于基层和覆层成分及性能等方面存在差异，给焊接带来了很多问题，影响了焊接质量。本文以脱醇塔用不锈钢复合板Q345R+S30408为例，对复合板的焊前、焊中和焊后过程进行控制，有效地防止了裂纹、气孔等焊接缺陷的出现，完成脱醇塔用不锈钢复合板的焊接任务，利用无损检测技术对焊接质量进行检测，保证了焊接质量。

◆参考文献

[1] 于彬. 不锈钢复合板焊接质量控制研究[J].热加工工艺，2010，39(11)：173-174.

[2] 贾硕，魏洁. 不锈钢复合板压力容器焊接技术的探讨[J].石油化工设计，2011，28(4)：17-19.

[3] GB150.1～150.4-2011，压力容器[S].

[4] NB/T 47015-2011，压力容器焊接规程[S].

[5] NB/T 47013.1～47013.13-2015，承压设备无损检测[S].