不銹鋼復合板封頭的缺陷分析及修復控制

田懷連

我公司承接了100萬t/a重油催化制烯烴裝置解析塔的制作，其主材為Q245R+0Crl3不銹鋼復合鋼板，橢圓形封頭名義厚度為（24+3)mm，規格為φ2 800mm ×43 000mm×(24+3)mm, 屬于第II類壓力容器。

由于復合板材料的制造周期較長，所以根據圖樣進行排版并提出定尺采購，注明檢驗檢測要求。外委壓制考慮沖壓減薄量，為防止基層熱壓減薄，根據經驗實際采用（26+3）mm不銹鋼復合板。

在對外委封頭入庫檢測時，發現距離邊緣處的表面存在粗糙的皸裂狀損傷，面積150mm×150mm，最大裂紋寬度2~3mm，延伸短而寬。另外封頭切邊處有明顯的分層界線，通過全面范圍超聲檢測，發現復合板的復層拼接焊縫存在裂紋等缺陷，我們對此進行研究，同外委單位、材料供貨單位對缺陷產生的原因進行了具體分析，并制定了堆焊修復的解決方案。

1. 封頭熱壓成形過程分析

封頭為壓力容器的主要受壓元件，因此封頭的整體熱壓成形是本設備制造的關鍵之一。壓制復合鋼板封頭時，要控制好熱壓成形的加熱溫度范圍，基層的加熱溫度使其處于原始正火狀態，而且加熱溫度又要防止復層產生敏化現象；加熱前清理油污和附著物；爐膛加熱到400℃左右，將工件入爐加熱，按爐溫曲線圖加熱工件，并通過工藝控制，加快工件升溫速度且保持溫度分布均勻，使工件達到（920+10）℃。熱沖壓時為了避免溫差應力過大，影響基層復層結合強度，模具應有一定的預熱溫度。

通常將壓模的下模圈預熱至450 ～550℃ ，將出爐后的工件迅速放置于已預熱好的下模圈上并壓制成形，同時嚴格控制終壓溫度，控制終壓過程中處于敏化溫度的時間，以保證終壓溫度≥860℃，成形后自然冷卻。

不銹鋼復合板制封頭的熱壓成形均按要求進行嚴格的規范操作，始終處于可控的范圍內，便可以保證封頭的熱壓成形質量。

2. 復層的拼接焊縫與復合板封頭拼縫的焊接控制

復層材料不銹鋼板壁厚較薄，由于受到板幅的限制，所以復層需要拼接。拼接焊縫應焊透磨平，并作滲透檢測，應無裂紋及其他超標缺陷，基層板與復層板應保持平整。經爆炸復合板的結合面，按要求熱處理，經校平后進行超聲檢測，I級合格。復合板應進行恢復力學性能熱處理，熱處理工藝的制定應確保熱處理后各項力學性能符合有關規定。

由于供方在復合板用材料的檢驗和復驗中失控，致使對供方的異地制造評價不全面；復層拼接和復合板的檢測中沒有按標準執行；沒有提供復層焊接及檢測的見證文件，造成存在缺陷的不合格品的放行。

為避免焊接基層時對復層金屬造成影響，焊接時應采用特殊焊接坡口。不銹鋼復合板焊接屬于異種鋼焊接，考慮到復層馬氏體不銹鋼焊接性較差，控制不好易產生裂紋等缺陷，一般是先焊基層焊縫，再進行過渡層焊接，最后焊復層。由于復層與基層含碳量和合金成分有很大差異，故過渡層施焊應該采用較小的熱輸入，以防止基層金屬對復層稀釋作用而降低復層焊縫金屬中的Cr、Ni等合金元素的含量。復合板焊接時由于線膨脹系數相差大，易出現溫差應力引起的裂紋，所以應對復合鋼板焊縫進行射線檢測和復層表面滲透檢測，以檢驗焊縫表面有無裂紋等缺陷（因為不銹鋼復合板焊接接頭的組織和性能不均勻性，焊縫返修時易產生熱裂紋）。在過渡層焊接時提高焊縫探傷一次合格率，減少返修次數。

由于沒有對復合板焊接特殊性正確分析和判斷，使封頭熱壓成形后檢測也出現了裂紋，給設備制造、檢驗增加了難度和質量的不確定性。

3. 封頭缺陷修復的工藝控制

經超聲檢測，包括復合板的復層拼接焊縫，復合板封頭拼接焊縫覆層出現的裂紋缺陷，采用砂輪磨削或碳弧氣刨清除缺陷、加工返修坡口。碳弧氣刨時，碳棒直徑5~6mm，注意勿使工件粘渣或造成銅斑。

碳弧氣刨后將刨糟打磨出金屬光澤，去除滲碳層，打磨厚度≥1mm。刨槽長度應向缺陷兩端各延伸20mm(刨糟長度一般≥50mm )；刨槽底部應修磨成U形，寬度均勻，表面平整，便于施焊。刨槽的寬度應大于焊條直徑的2～3倍。刨槽兩端應有一定的坡度（＜15°），并呈圓滑過渡。坡口深度應足以清理干凈槽內雜物，保證清除缺陷。打磨部位與四周金屬應圓滑過渡，用不銹鋼絲刷清理待堆焊面，并對打磨過的基層表面及坡口表面進行滲透檢測，不得有裂紋分層等缺陷，確認缺陷全部去除后方可堆焊。

復合板復層側缺陷修復焊接時，容易出現裂紋和未熔合缺陷，應經過評定合格的焊條電弧焊堆焊修復工藝，采用多層多道焊，小電流、快速不擺動等小參數施焊。注意各層起弧、收弧處應錯開。先焊過渡層，再焊復層。焊接參數如附表所示。

返修后，焊縫表面不得有裂紋、未焊透、未熔合、表面氣孔弧、坑未填滿和肉眼可見的夾渣、咬邊等缺陷。復層焊縫表面盡可能與復層表面保持平整、光滑，焊接完成后將焊縫表面上的熔渣和兩側的飛濺物清除，且復層焊縫表面不得有咬邊；外觀檢測合格后，按原焊縫探傷要求對堆焊焊縫及熱影響區進行檢測。返修部位應當按照原要求經過檢測合格，焊接接頭同一部位的返修次數不宜超過兩次。焊接不銹鋼復合鋼的復層間及過渡焊縫的返修焊工必須持有相應合格項次的耐蝕堆焊項目。

堆焊修復過程中某些重要元素可能會因焊接燒損而減少，致使堆焊區顯微組織發生變化，力學性能下降，與復層母材的化學成分并不完全一致，焊縫應進行Cr、Ni、Ti、Mo等元素的光譜檢查，每條焊縫不少于兩處，確認堆焊層的化學成分分析結果應與焊材熔敷金屬標準進行有效判定。

4. 結語

只有不斷完善制造工藝，加強過程管理的控制，提高其制造檢測質量，才能制造出符合法規、規范、標準的產品，保證容器的安全使用性能。

[1] 中華人民共和國工業和信息化部. SH/T 3527—2009 石油化工不銹鋼復合鋼焊接規程[S]. 北京：中國石化出版社，2010.

[2] 全國鍋爐壓力容器標準化技術委員會. GB 6654—2000 壓力容器用鋼板[S]. 北京：中國標準出版社，2011.

[3] 趙煒. 不銹鋼復合鋼板壓力容器焊接坡口的設計[J]. 焊接技術，1997（4）.

[4] 鄭傳祥. 復合材料壓力容器. 北京：化學工業出版社 ，2006.