大型14Cr1MoR+NS1102复合板压力容器制造工艺

张艺潇

摘要：为使14Cr1MoR+NS1102复合板能更安全、有效使用并创造出更多的效益，提出加强产品加工过程把关控制的建议。文章围绕14Cr1MoR+NS1102这种材料，较为详细的探究原材料的控制、焊接工艺测评、焊接后热处理等制造过程，总结工艺实施难点、控制关键点，希望能从理论层面上给同行实践带来一定帮助。

关键词：14Cr1MoR+NS1102材料;复合板;压力容器;工艺控制

引言

镍-钢复合板是采用基层与复层通过爆炸焊接工艺复合制造而成的双金属材料，其中基层主要用于保证材料的高强度，而复层镍主要用于提升材料的耐蚀性，这种金属材料有经济性高、实用性强等特征，这也是近些年国内化工设备制造领域内镍-钢复合板应用范围不断拓展的主要原因。因为这种钢材是由两种材料复合制成，故而在形成焊接接头时，容易出现裂纹、夹渣、未熔合等焊接缺陷，外加两种材料有较强的熔合性，焊接工序中若基层较多碳熔入到复层，则会削弱复层的耐腐蚀性，影响材料的应用强度。本文以急冷塔项目制造为实例，较为深入的探究复合板压力容器的制造工艺。

1、基础材料要求

1.1钢板与锻件

钢板与锻件订货不仅要和相应材料的要求相吻合，也要符合相应要求：是细晶粒镇静钢，晶粒度和GB/T 6394-2017规定相吻合，晶粒度≥5级，正火联合回火状态供货状态;于交货状态下的硬度≥220HBW;钢板按照NB/T 47013.3-2015要求逐张并100%UT检测，Ⅱ级达标，锻件依照NB/T47013.3-2015逐一检测，全部锻件的单个、密集区缺陷UT检测质量级别≥Ⅱ级;母材模拟焊接热处理后的机械性能要符合现行规范，抗拉强度520～580MPa，屈服强度≥310MPa，硬度≤220[1]。

1.2焊接材料

（1）确保焊缝金属的力学性能不低于母材设定的下限值;

（2）焊缝金属Cr、Mc含量要和母材相当。

2、筒体加工制造

于三辊上卷制加工筒体时，于展长方向形成的直线段，筒体展开料方向要分别留置出200mm加工余量。端头经预弯处理后，测量外周长，精准剔除端头余量。因14Cr1MoR经热切割处理后会生成淬硬层，形成热影响区，故而热切割后形成的断面均进行打磨处理，端头要留下2mm打磨余量，测试所有被打磨表层的硬度，硬度值HBW≤225，坡口表层均要进行100%MT检测。确定筒体单节实际长度时，不仅要考虑板材板宽，也要综合分析筒体的开孔部位，尽可能的使焊缝避开开孔处。

3、焊接工艺

3.1焊接前的准备

焊接前要认真清理掉焊丝表、坡口及其周边50mm范围内的杂质，包括油污、铁锈等;焊条、焊剂应用前一定要做到烘干处理（300～350℃，1～2h），领用的焊条一定要安置于保温桶内;为使最后焊接质量得到保障，统一应用机械加工法处理坡口，并加强坡口表层的质检力度。

3.2确定焊接方法及坡口

上段筒体是14Cr1MoR，配置应用了双U型坡口，联合焊条电弧、埋弧焊进行焊接，前者施焊部位1～5层、12～17层，焊条R307G;后者利用焊丝H08CrMoG、焊剂SJ110去焊接6～11层。

下段筒体材质14Cr1MoR+NS1102，控制基层焊道和复合界面距离2～3mm时开始逐渐应用镍焊条，当实测高出复合界面2～3mm左右后进行消氢处理，处置温度低于100℃后持续焊接复层。R307G焊条电弧焊焊接1～5层、12～14层;焊丝H08CrMoG埋弧焊焊接6～11层，该道工序中配合使用焊剂SJ110;对于过渡层及复层15～17层均应用焊条电弧焊，焊条类型ENi6182。

3.3主要焊接工艺参数

见表1[2]。

3.4焊接前预热处理

控制预热温度150℃，层间温度150～250℃，火焰加热器执行预热过程，定位焊之前也不能省略预热工序，及时清除裂纹后，随后进行施焊。

3.6焊后热处理

消氢处理要在焊后即刻进行，消氢温度300～350℃，时间2～3h，该道工序应用履带式电加热器进行。既往很多生产实践表明，焊后消氢处理有助于增加钢材内氢的扩散系数，使焊接接头内过饱和态的氢迅速扩散、逃逸，进而防控形成冷裂纹。

焊后热处理宗旨主要是优化焊接接头的组织与性能，避免焊接残余应力等有害因素。经热处理后，通过硬度测试检测焊接受压焊缝及热影响区，硬度值HBA≤225[3]。

因为设备自身的形体相对较大，热处理炉受到一定限制，故而分段进行热处理操作，最末一道环缝采用局部热处理的方法。分段热处理阶段，配合使用热处理工装防控发生筒体局部塌腰、口端变形情况，两段塔分别支撑三圈工装，各部署5个测温点;焊接试件上均要布置一个测温点，整个设备布设的测温点达到12个。对最末一道环缝进行局部热处理环节中建议配合应用了加热器，且督导工人针对临近加热区的位置要防控出现有害温度梯度，建议对焊缝两侧距焊缝边界分别200mm采取相应的防范措施，借此方式使焊接后材料的组织及性能得到更大保障。

结束语：

总之，在加工经制造压力容器时，通过加强原材料质量的控制，设定适宜的焊接工艺参数，规范的执行焊前预热处理工作及维持适宜的人层间温度，焊后快速進行消氢处理，有助于短缩设备的制造周期，使其质量安全得到更大的保障，延长使用寿命，创造出更理想的效益。

参考文献：

[1]王利军、张举莉、史京生.14Cr1MoR+NS1102复合板焊接缺陷分析[J].河南科技，2020，No.721（23）：134-137.

[2]耿海斌，韩红彪.14Cr1MoR/022Cr19Ni10大型复合板的焊接工艺[J].2021，745（2012-14）：99-99.

[3]简乐平，刘立彪，张计谋，等.轧制及热处理对304-14Cr1MoR复合板性能和组织的影响[J].金属材料与冶金工程，2019，47（01）：17-21.