大型14Cr1MoR+NS1102復合板壓力容器制造工藝

張藝瀟

摘要：為使14Cr1MoR+NS1102復合板能更安全、有效使用并創造出更多的效益，提出加強產品加工過程把關控制的建議。文章圍繞14Cr1MoR+NS1102這種材料，較為詳細的探究原材料的控制、焊接工藝測評、焊接后熱處理等制造過程，總結工藝實施難點、控制關鍵點，希望能從理論層面上給同行實踐帶來一定幫助。

關鍵詞：14Cr1MoR+NS1102材料;復合板;壓力容器;工藝控制

引言

鎳-鋼復合板是采用基層與復層通過爆炸焊接工藝復合制造而成的雙金屬材料，其中基層主要用于保證材料的高強度，而復層鎳主要用于提升材料的耐蝕性，這種金屬材料有經濟性高、實用性強等特征，這也是近些年國內化工設備制造領域內鎳-鋼復合板應用范圍不斷拓展的主要原因。因為這種鋼材是由兩種材料復合制成，故而在形成焊接接頭時，容易出現裂紋、夾渣、未熔合等焊接缺陷，外加兩種材料有較強的熔合性，焊接工序中若基層較多碳熔入到復層，則會削弱復層的耐腐蝕性，影響材料的應用強度。本文以急冷塔項目制造為實例，較為深入的探究復合板壓力容器的制造工藝。

1、基礎材料要求

1.1鋼板與鍛件

鋼板與鍛件訂貨不僅要和相應材料的要求相吻合，也要符合相應要求：是細晶粒鎮靜鋼，晶粒度和GB/T?6394-2017規定相吻合，晶粒度≥5級，正火聯合回火狀態供貨狀態;于交貨狀態下的硬度≥220HBW;鋼板按照NB/T?47013.3-2015要求逐張并100%UT檢測，Ⅱ級達標，鍛件依照NB/T47013.3-2015逐一檢測，全部鍛件的單個、密集區缺陷UT檢測質量級別≥Ⅱ級;母材模擬焊接熱處理后的機械性能要符合現行規范，抗拉強度520～580MPa，屈服強度≥310MPa，硬度≤220[1]。

1.2焊接材料

（1）確保焊縫金屬的力學性能不低于母材設定的下限值;

（2）焊縫金屬Cr、Mc含量要和母材相當。

2、筒體加工制造

于三輥上卷制加工筒體時，于展長方向形成的直線段，筒體展開料方向要分別留置出200mm加工余量。端頭經預彎處理后，測量外周長，精準剔除端頭余量。因14Cr1MoR經熱切割處理后會生成淬硬層，形成熱影響區，故而熱切割后形成的斷面均進行打磨處理，端頭要留下2mm打磨余量，測試所有被打磨表層的硬度，硬度值HBW≤225，坡口表層均要進行100%MT檢測。確定筒體單節實際長度時，不僅要考慮板材板寬，也要綜合分析筒體的開孔部位，盡可能的使焊縫避開開孔處。

3、焊接工藝

3.1焊接前的準備

焊接前要認真清理掉焊絲表、坡口及其周邊50mm范圍內的雜質，包括油污、鐵銹等;焊條、焊劑應用前一定要做到烘干處理（300～350℃，1～2h），領用的焊條一定要安置于保溫桶內;為使最后焊接質量得到保障，統一應用機械加工法處理坡口，并加強坡口表層的質檢力度。

3.2確定焊接方法及坡口

上段筒體是14Cr1MoR，配置應用了雙U型坡口，聯合焊條電弧、埋弧焊進行焊接，前者施焊部位1～5層、12～17層，焊條R307G;后者利用焊絲H08CrMoG、焊劑SJ110去焊接6～11層。

下段筒體材質14Cr1MoR+NS1102，控制基層焊道和復合界面距離2～3mm時開始逐漸應用鎳焊條，當實測高出復合界面2～3mm左右后進行消氫處理，處置溫度低于100℃后持續焊接復層。R307G焊條電弧焊焊接1～5層、12～14層;焊絲H08CrMoG埋弧焊焊接6～11層，該道工序中配合使用焊劑SJ110;對于過渡層及復層15～17層均應用焊條電弧焊，焊條類型ENi6182。

3.3主要焊接工藝參數

見表1[2]。

3.4焊接前預熱處理

控制預熱溫度150℃，層間溫度150～250℃，火焰加熱器執行預熱過程，定位焊之前也不能省略預熱工序，及時清除裂紋后，隨后進行施焊。

3.6焊后熱處理

消氫處理要在焊后即刻進行，消氫溫度300～350℃，時間2～3h，該道工序應用履帶式電加熱器進行。既往很多生產實踐表明，焊后消氫處理有助于增加鋼材內氫的擴散系數，使焊接接頭內過飽和態的氫迅速擴散、逃逸，進而防控形成冷裂紋。

焊后熱處理宗旨主要是優化焊接接頭的組織與性能，避免焊接殘余應力等有害因素。經熱處理后，通過硬度測試檢測焊接受壓焊縫及熱影響區，硬度值HBA≤225[3]。

因為設備自身的形體相對較大，熱處理爐受到一定限制，故而分段進行熱處理操作，最末一道環縫采用局部熱處理的方法。分段熱處理階段，配合使用熱處理工裝防控發生筒體局部塌腰、口端變形情況，兩段塔分別支撐三圈工裝，各部署5個測溫點;焊接試件上均要布置一個測溫點，整個設備布設的測溫點達到12個。對最末一道環縫進行局部熱處理環節中建議配合應用了加熱器，且督導工人針對臨近加熱區的位置要防控出現有害溫度梯度，建議對焊縫兩側距焊縫邊界分別200mm采取相應的防范措施，借此方式使焊接后材料的組織及性能得到更大保障。

結束語：

總之，在加工經制造壓力容器時，通過加強原材料質量的控制，設定適宜的焊接工藝參數，規范的執行焊前預熱處理工作及維持適宜的人層間溫度，焊后快速進行消氫處理，有助于短縮設備的制造周期，使其質量安全得到更大的保障，延長使用壽命，創造出更理想的效益。

參考文獻：

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

[2]耿海斌，韓紅彪.14Cr1MoR/022Cr19Ni10大型復合板的焊接工藝[J].2021，745（2012-14）：99-99.

[3]簡樂平，劉立彪，張計謀，等.軋制及熱處理對304-14Cr1MoR復合板性能和組織的影響[J].金屬材料與冶金工程，2019，47（01）：17-21.