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(fù)合鋼板，橢圓形封頭名義厚度為（24+3)mm，規(guī)格為φ2 800mm ×43 000mm×(24+3)mm, 屬于第II類壓力容器。

由于復(fù)合板材料的制造周期較長，所以根據(jù)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(jù)經(jīng)驗實際采用（26+3）mm不銹鋼復(fù)合板。

在對外委封頭入庫檢測時，發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)復(fù)合板的復(fù)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(chǎn)生的原因進行了具體分析，并制定了堆焊修復(fù)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(shè)備制造的關(guān)鍵之一。壓制復(fù)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(tài)，而且加熱溫度又要防止復(fù)層產(chǎn)生敏化現(xiàn)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(yīng)力過大，影響基層復(fù)層結(jié)合強度，模具應(yīng)有一定的預(yù)熱溫度。

通常將壓模的下模圈預(yù)熱至450 ～550℃ ，將出爐后的工件迅速放置于已預(yù)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(fù)合板制封頭的熱壓成形均按要求進行嚴格的規(guī)范操作，始終處于可控的范圍內(nèi)，便可以保證封頭的熱壓成形質(zhì)量。

2. 復(fù)層的拼接焊縫與復(fù)合板封頭拼縫的焊接控制

復(fù)層材料不銹鋼板壁厚較薄，由于受到板幅的限制，所以復(fù)層需要拼接。拼接焊縫應(yīng)焊透磨平，并作滲透檢測，應(yīng)無裂紋及其他超標缺陷，基層板與復(fù)層板應(yīng)保持平整。經(jīng)爆炸復(fù)合板的結(jié)合面，按要求熱處理，經(jīng)校平后進行超聲檢測，I級合格。復(fù)合板應(yīng)進行恢復(fù)力學(xué)性能熱處理，熱處理工藝的制定應(yīng)確保熱處理后各項力學(xué)性能符合有關(guān)規(guī)定。

由于供方在復(fù)合板用材料的檢驗和復(fù)驗中失控，致使對供方的異地制造評價不全面；復(fù)層拼接和復(fù)合板的檢測中沒有按標準執(zhí)行；沒有提供復(fù)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(fù)層金屬造成影響，焊接時應(yīng)采用特殊焊接坡口。不銹鋼復(fù)合板焊接屬于異種鋼焊接，考慮到復(fù)層馬氏體不銹鋼焊接性較差，控制不好易產(chǎn)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(fù)層。由于復(fù)層與基層含碳量和合金成分有很大差異，故過渡層施焊應(yīng)該采用較小的熱輸入，以防止基層金屬對復(fù)層稀釋作用而降低復(fù)層焊縫金屬中的Cr、Ni等合金元素的含量。復(fù)合板焊接時由于線膨脹系數(shù)相差大，易出現(xiàn)溫差應(yīng)力引起的裂紋，所以應(yīng)對復(fù)合鋼板焊縫進行射線檢測和復(fù)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(fù)合板焊接接頭的組織和性能不均勻性，焊縫返修時易產(chǎn)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(shù)。

由于沒有對復(fù)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(xiàn)了裂紋，給設(shè)備制造、檢驗增加了難度和質(zhì)量的不確定性。

3. 封頭缺陷修復(fù)的工藝控制

經(jīng)超聲檢測，包括復(fù)合板的復(fù)層拼接焊縫，復(fù)合板封頭拼接焊縫覆層出現(xiàn)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(yīng)向缺陷兩端各延伸20mm(刨糟長度一般≥50mm )；刨槽底部應(yīng)修磨成U形，寬度均勻，表面平整，便于施焊。刨槽的寬度應(yīng)大于焊條直徑的2～3倍。刨槽兩端應(yīng)有一定的坡度（＜15°），并呈圓滑過渡。坡口深度應(yīng)足以清理干凈槽內(nèi)雜物，保證清除缺陷。打磨部位與四周金屬應(yīng)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(fù)合板復(fù)層側(cè)缺陷修復(fù)焊接時，容易出現(xiàn)裂紋和未熔合缺陷，應(yīng)經(jīng)過評定合格的焊條電弧焊堆焊修復(fù)工藝，采用多層多道焊，小電流、快速不擺動等小參數(shù)施焊。注意各層起弧、收弧處應(yīng)錯開。先焊過渡層，再焊復(fù)層。焊接參數(shù)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(fù)層焊縫表面盡可能與復(fù)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(cè)的飛濺物清除，且復(fù)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(qū)進行檢測。返修部位應(yīng)當按照原要求經(jīng)過檢測合格，焊接接頭同一部位的返修次數(shù)不宜超過兩次。焊接不銹鋼復(fù)合鋼的復(fù)層間及過渡焊縫的返修焊工必須持有相應(yīng)合格項次的耐蝕堆焊項目。

堆焊修復(fù)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(qū)顯微組織發(fā)生變化，力學(xué)性能下降，與復(fù)層母材的化學(xué)成分并不完全一致，焊縫應(yīng)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(xué)成分分析結(jié)果應(yīng)與焊材熔敷金屬標準進行有效判定。

4. 結(jié)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(zhì)量，才能制造出符合法規(guī)、規(guī)范、標準的產(chǎn)品，保證容器的安全使用性能。

[1] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部. SH/T 3527—2009 石油化工不銹鋼復(fù)合鋼焊接規(guī)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(shù)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(fù)合鋼板壓力容器焊接坡口的設(shè)計[J]. 焊接技術(shù)，1997（4）.

[4] 鄭傳祥. 復(fù)合材料壓力容器. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 ，2006.