Q345R+S30408復合鋼板焊接工藝分析

□ 鞠小虎 □ 謝永倫

中國石油遼陽石油化纖公司機械廠 遼寧遼陽 111003

近年來，不銹鋼復合板壓力容器在石油、化工行業中應用較廣，不銹鋼復合板包括奧氏體不銹鋼復合板、鐵素體不銹鋼復合板和馬氏體不銹鋼復合板。其中以奧氏體不銹鋼復合板最為常用，它既有不銹鋼較強的耐腐蝕性，又有普通鋼的經濟性，因而應用廣泛。

1 焊接性分析

某廠為大型化工企業制作的再生塔底重沸器，殼體主要采用 Q345R+S30408（16+4）不銹鋼復合板，其中Q345R是基層，復層為S30408，焊接主要包括基層焊接、過渡層焊接和復層焊接，而過渡層焊接屬于異種鋼焊接，存在不少技術性問題，是研究的重點。Q345R和S30408物理性能和化學成分見表1和表2［1］。

表1 Q345R+S30408物理性能

表2 Q345R+S30408化學成分/%

1.1 焊縫金屬的稀釋

焊接時，奧氏體焊縫金屬與珠光體母材金屬之間，由于珠光體母材的稀釋作用，往往在焊接接頭的過渡區產生脆性馬氏體組織，即在珠光體鋼一側融合區附近形成一個窄的低塑性帶，寬度一般為0.2～0.6 mm，其化學成分和組織不同于焊縫。它的存在容易導致焊接裂紋，應選用高鎳合金的焊條來減少脆性交界層寬度。

1.2 碳擴散

奧氏體鋼與珠光體鋼接頭焊接時，由于基層含碳量高，合金元素含量少，復層正相反，形成濃度差。又因為碳在液態鐵中熔解度大于固態鐵中熔解度，所以其熔合區附近發生碳擴散現象，導致珠光體鋼一側產生脫碳層，奧氏體焊縫一側產生增碳層。脫碳層由珠光體變成鐵素體晶粒長大軟化；增碳層的碳與鉻形成碳化鉻析出硬化。所以，焊接時應選鎳含量高的焊條，縮短高溫停留時間來減小擴散層［2］。

1.3 焊接接頭應力

奧氏體鋼熱膨脹系數比珠光體鋼大30%～50%，熱導率也不同，所以異種鋼接頭在焊接時將產生較大的熱應力，通過焊后熱處理消除焊接應力是不可能的。而采用線膨脹系數與珠光體鋼較接近的鎳基焊條且塑性較好的焊條，可使熱應力集中在不銹鋼一側熔合線處，也使奧氏體不銹鋼的塑性變形能力增強，減小熱應力及熱疲勞應力的不利影響［3］。

2 焊接工藝

2.1 坡口制定

坡口形式如圖1所示，坡口形式采用單V形坡口，雙面焊接。

圖1 焊接坡口簡圖

2.2 各層焊縫的焊接分析

基層采用多層焊，手工電弧打底，并使用J507焊條，焊接速度應快些，焊縫厚度薄些，其焊道不得觸及和熔化母材。填充采用H10MnSi焊絲埋弧，進行焊接。

過渡層采用手工電弧焊。過渡層焊縫應同時熔化基層焊縫、基層母材和復層母材，過渡層厚度不小于2 mm。焊接過渡層時，要在保證熔化良好的前提下，盡量減少基材金屬的熔入量，為此焊條應采用A062（φ4.0 mm）。

復層焊接采用手工電弧焊，復層焊縫應減少基材金屬的熔入量和焊縫的稀釋率，并嚴格控制層間溫度，焊條采用 A002（φ4.0 mm）。

2.3 焊接工藝參數和焊條成分

基層焊接選用電焊條J507（φ4.0 mm）和H10MnSi（φ4.0 mm）；復層焊接選用電焊條 A022（φ4.0 mm）；對過渡層的焊接，考慮到基層對不銹鋼焊縫金屬的稀釋作用、熔化區碳的擴散、焊接接頭的應力分布、焊縫金屬的抗裂性能，焊接選用電焊條A062（φ4.0 mm），可以得到較高抗裂性能的奧氏體＋鐵素體組織，焊接工藝具體參數參見表3，表4、表5為母材或焊縫熔敷金屬化學成分及力學性能。

表3 焊接工藝參數

表4 母材或焊縫熔敷金屬化學成分

表5 母材或焊縫熔敷金屬力學性能

2.4 焊接方法

焊接順序是先焊基層，清根再焊過渡層，最后焊復層。

（1）坡口清理，組對、基層點焊；（2）手弧焊或埋弧焊施焊基層，基層預熱（基層≤150℃，其余≤120℃）；保證基層焊縫表面距復層界面距離，避免基層熔敷金屬熔至復層；外側清根后，手弧焊或埋弧焊施焊基層外側焊縫；（3）基層焊縫外觀檢查，基層內側10%滲透檢測Ⅰ級合格；（4）手弧焊施焊過渡層，過渡層焊縫PT檢查Ⅰ級合格；(5)手弧焊施焊復層焊縫，整道焊縫RT檢測，復層100%PT檢測。

3 注意事項

（1）嚴格控制下料組對質量，各縱縫及環縫坡口加工必須用刨邊機或采取其它機加工方式，采取措施避免將切割熔渣濺到復層表面上。

（2）機械方法去除坡口及熱影響區缺陷后，坡口表面進行PT檢查。

（3）復合鋼板焊縫組對時以復層為基準，點焊及焊接時基層J507焊材不得熔到不銹鋼上，嚴禁在復層側焊接任何裝配設施。

（4）復層一側用基層焊接材料焊接基層時，應在覆層表面涂上白堊粉加以保護。基層清理采用碳鋼絲刷，復層清理采用不銹鋼鋼絲刷。

4 檢測

按GB151-1999《管殼式換熱器》、HG20584-2011《鋼制化工容器制造技術要求》、GB150-2011《壓力容器》焊縫經過外觀、PT和RT檢測全部合格，力學性能均達到要求，水壓試驗完全達到要求［4］［5］。

5 結論

本文主要分析了Q345R+S30408不銹鋼復合板的焊接性，制定了焊接工藝，并保證了焊接質量，積累了不銹鋼復合板的焊接經驗。

［1］ GB150-2011《壓力容器》［S］.2011.

［2］ 斯重遙.焊接手冊(第二卷）［M］.北京：機械工業出版社，1992.

［3］ 宇永福，張德生.金屬材料焊接［M］.北京：機械工業出版社，1995.

［4］ GB151-1999《管殼式換熱器》［S］.1999.

［5］ NBT47014 JB4708承壓設備用焊接工藝評定［S］.2011.