夏雄

（中國(guó)輕工業(yè)長(zhǎng)沙工程有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410114）

不銹鋼復(fù)合板一般由較薄的不銹鋼板作覆層，較厚的碳素鋼或低合金鋼作基層經(jīng)爆炸復(fù)合而成，它既可以滿足耐腐蝕的要求，又可以降低設(shè)備制造成本，廣泛用于腐蝕性介質(zhì)行業(yè)的設(shè)備制造中，如石油、化工、制藥、煤化工等行業(yè)。不銹鋼復(fù)合板的基層和覆層化學(xué)成分和物理性能差異很大，焊接性也存在較大差異，它既不同于不銹鋼，也不同于碳鋼或低合金鋼，有其特點(diǎn)和難點(diǎn)。而焊接是不銹鋼復(fù)合板設(shè)備成型的關(guān)鍵技術(shù)之一，其焊縫質(zhì)量直接關(guān)系到設(shè)備的安全性、耐腐蝕性和設(shè)備的使用壽命，特別是易出現(xiàn)裂紋的過渡層的焊接，因此對(duì)不銹鋼復(fù)合板焊接質(zhì)量的控制尤為重要[1,2]。本文以脫醇塔用Q345R+S30408復(fù)合板焊接成型為例，對(duì)不銹鋼復(fù)合板的焊前、焊中和焊后過程進(jìn)行控制，有效地防止了裂紋、氣孔等焊接缺陷的發(fā)生，完成了脫醇塔用不銹鋼復(fù)合板的焊接，利用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，保證了焊接質(zhì)量。

1 設(shè)備概況

某項(xiàng)目中，直徑DN5400，高度約73m，總重約2 3 0 t 的脫醇塔為超限類設(shè)備，為便于施工和運(yùn)輸，設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)制造。設(shè)備設(shè)計(jì)壓力-0.1/0.3MPa，設(shè)計(jì)溫度200℃，介質(zhì)為乙二醇。設(shè)備筒體和封頭的材料皆為S30408和Q345R復(fù)合板，復(fù)合板覆層為3mm厚S30408不銹鋼，基層材料為Q345R鋼板，厚度分別為14mm、16mm、18mm。

設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)制造過程中的特點(diǎn)如下：復(fù)合板的焊接工作量大，操作難度大；設(shè)備剛度小，筒體容易變形，對(duì)口的棱角度、錯(cuò)邊量易超差；制造現(xiàn)場(chǎng)年平均濕度大，過渡層質(zhì)量控制難度大，焊縫極易出現(xiàn)氣孔、裂紋等缺陷。

2 焊前質(zhì)量控制

2.1 消除復(fù)合板的缺陷

為保證筒體對(duì)接焊縫的質(zhì)量，在復(fù)合板材料進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)前嚴(yán)格按照NB/T 47002.1～47002.4-2009《壓力容器用爆炸焊接復(fù)合板》的要求進(jìn)行驗(yàn)收，滿足B1級(jí)別要求。復(fù)合板表面出現(xiàn)局部傷痕、刻槽等缺陷應(yīng)予以修磨，修磨斜度最大為1:3[3]。修磨深度不得大于覆層厚度的30%，且不大于1mm，否則應(yīng)予以補(bǔ)焊，在處理缺陷的過程中應(yīng)注意避免鐵離子污染[4]。

2.2 復(fù)合板的加工

設(shè)備使用的不銹鋼復(fù)合板的切割、坡口加工等在現(xiàn)場(chǎng)完成，采用的方法為等離子切割。在加工過程中，保證覆層在上，以避免剪裁時(shí)由于局部未結(jié)合的缺陷將復(fù)合層與基層撕裂。覆層材料表面在整個(gè)操作過程中要注意保護(hù)，避免切割時(shí)熔渣飛濺至覆層表面上。坡口加工后進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋和分層，否則要進(jìn)行修補(bǔ)。不銹鋼板不應(yīng)與碳素鋼板接觸，不得出現(xiàn)鐵離子污染、劃傷等問題。

2.3 錯(cuò)邊量控制措施

焊縫對(duì)口錯(cuò)邊量應(yīng)滿足要求，若錯(cuò)邊量過大，基層材料容易滲入到不銹鋼焊縫中，以導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生或者焊后覆層焊縫生銹。為保證筒體縱縫、環(huán)縫組對(duì)時(shí)對(duì)口錯(cuò)邊量滿足要求，保證焊接質(zhì)量，本文從以下幾方面采取了措施。

2.3.1 坡口的設(shè)計(jì)

脫醇塔用不銹鋼復(fù)合板焊接時(shí)，采用Y型坡口。坡口尺寸均以復(fù)層為基準(zhǔn)，坡口兩側(cè)覆層對(duì)齊，基層和覆層完全分開，保證焊接操作的同時(shí)保證覆層的耐腐蝕性能。本文以14+3厚的不銹鋼復(fù)合板為例，坡口如圖1所示。

圖1 不銹鋼復(fù)合板Y型坡口

2.3.2 筒體下料展開尺寸的控制

一般容器筒節(jié)下料尺寸都是按筒節(jié)中徑進(jìn)行展開計(jì)算，而復(fù)合板容器由于錯(cuò)邊量的嚴(yán)格要求，必須綜合考慮板材卷制時(shí)的伸長(zhǎng)量、焊接時(shí)的對(duì)口間隙、焊縫收縮量及復(fù)合界面等影響因素，應(yīng)按封頭內(nèi)周長(zhǎng)來匹配筒體周長(zhǎng)，計(jì)算公式如下：

式中：Di—筒節(jié)內(nèi)徑，mm；YH—中性層至筒節(jié)內(nèi)半徑的距離，mm。

2.3.3 筒節(jié)成型控制

本設(shè)備采用三輥卷制，卷制時(shí)特別注意鋼板板頭200mm內(nèi)圓度的控制，故應(yīng)對(duì)板頭采用壓頭胎具進(jìn)行預(yù)彎，然后再進(jìn)行整塊鋼板卷制，卷制過程中采用樣板隨時(shí)對(duì)其圓度進(jìn)行檢查。此外對(duì)焊接完成的筒體用米字形支撐加固，以確保筒體圓度。焊接成型后的筒節(jié)焊縫處采用內(nèi)弓形樣板測(cè)量，棱角度≤(S/10+2)，且不大于5mm。

2.3.4 筒節(jié)成型控制結(jié)果

根據(jù)公式(1)，得到了脫醇塔筒節(jié)下料尺寸和錯(cuò)邊量尺寸，結(jié)果如表1。表1數(shù)據(jù)顯示，筒體下料卷制成型筒體的圓度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，錯(cuò)邊量滿足要求。

表1 脫醇塔筒節(jié)下料尺寸、成型尺寸結(jié)果

3 焊接工藝過程控制

脫醇塔用復(fù)合板的焊接采用手工電弧焊，由取得相應(yīng)資格的焊工完成。焊接順序?yàn)椋簭幕鶎拥竭^渡層，最后到覆層。焊接采用三種焊條，基層（Q345R）采用J507焊條，過渡層（基層和覆層之間）采用A302焊條，覆層（不銹鋼S30408）采用A102焊條。通過焊接工藝評(píng)定，確定的焊接工藝參數(shù)如表2所示。

表2 焊接工藝參數(shù)

按照表1的焊接工藝參數(shù)，進(jìn)行焊接需要注意：

(1)定位焊，定位焊的厚度、長(zhǎng)度和間距按照表3的規(guī)定，均勻分布。定位焊縫一定要焊在基層金屬上，并采用與基層金屬相同的焊條施焊。

表3 定位焊尺寸

(2)施焊前，焊縫兩邊20mm范圍內(nèi)的氧化皮、油污、熔渣及其他有害雜質(zhì)應(yīng)清除干凈，不銹鋼坡口兩側(cè)各150mm范圍內(nèi)應(yīng)涂石灰水，防止飛濺物的粘附，利于后期清洗不銹鋼表面。

(3)按圖1要求，采用Φ4的J507焊條焊接第1-5層基層焊縫。焊接基層時(shí)注意焊縫的厚度，避免觸及或熔化覆層，防止基層焊縫熔化到過渡層和覆層中。

(4)清理第1到5層熔渣及飛濺物后，利用Φ4的A302焊條焊接第6層過渡層焊縫。過渡層焊接盡量采用小電流和低電壓，每層厚度不宜太大，控制在2-3mm。

(5)采用碳弧氣刨反面清根，利用Φ4的J507焊條焊接第7-8層基層焊縫。

(6)利用Φ4的A102焊條焊接第9層覆層焊縫。覆層焊接宜采用小電流、短弧多層多道快速焊接方法，控制熱輸入量。

具體操作過程中，主要控制點(diǎn)：(1)嚴(yán)格執(zhí)行焊接指導(dǎo)書的規(guī)定；(2)制造現(xiàn)場(chǎng)地處區(qū)域年平均濕度大，焊條必須按照標(biāo)準(zhǔn)要求烘干；(3)保證基層、過渡層、覆層之間的相對(duì)厚度，特別是過渡層的焊接厚度的控制，過渡層的焊材厚度不超過基層以下1.5mm-2.5mm（圖1中的a值），不超過基層以上0.5mm-1mm（圖1中的b值），當(dāng)超過時(shí)應(yīng)用角向磨光機(jī)將超出的部分清除；(3)過渡層焊接完成后，焊接接頭表面進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，符合JB/T 4730.5-2005中Ⅰ級(jí)為合格，合格后方可進(jìn)行覆層的焊接。

4 焊后質(zhì)量檢測(cè)

不銹鋼復(fù)合板的強(qiáng)度由基層保證，抗腐蝕能力由覆層保證，過渡層是連接基層和覆層的重要部位。焊接中的問題主要出現(xiàn)在基層與覆層交接處的過渡層，如焊接裂紋等。為保證焊接質(zhì)量，焊接任務(wù)完成后，所有A、B類焊接接頭進(jìn)行RT檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)，檢測(cè)率不低于20%，合格等級(jí)為JB/T 4730.2-2005中的Ⅲ級(jí)，且T字縫必拍；焊接接頭內(nèi)表面還進(jìn)行100%滲透檢測(cè)，符合JB/T 4730.5-2005中Ⅰ級(jí)為合格[5]。對(duì)檢測(cè)不合格的焊縫，要進(jìn)行返修，返修過渡層或覆層時(shí)不得采用碳弧氣刨清除缺陷，應(yīng)采用砂輪機(jī)打磨法來清除缺陷，以免基層和覆層材質(zhì)相互滲入。

5 結(jié)束語

不銹鋼復(fù)合板由于基層和覆層成分及性能等方面存在差異，給焊接帶來了很多問題，影響了焊接質(zhì)量。本文以脫醇塔用不銹鋼復(fù)合板Q345R+S30408為例，對(duì)復(fù)合板的焊前、焊中和焊后過程進(jìn)行控制，有效地防止了裂紋、氣孔等焊接缺陷的出現(xiàn)，完成脫醇塔用不銹鋼復(fù)合板的焊接任務(wù)，利用無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，保證了焊接質(zhì)量。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 于彬. 不銹鋼復(fù)合板焊接質(zhì)量控制研究[J].熱加工工藝，2010，39(11)：173-174.

[2] 賈碩，魏潔. 不銹鋼復(fù)合板壓力容器焊接技術(shù)的探討[J].石油化工設(shè)計(jì)，2011，28(4)：17-19.

[3] GB150.1～150.4-2011，壓力容器[S].

[4] NB/T 47015-2011，壓力容器焊接規(guī)程[S].

[5] NB/T 47013.1～47013.13-2015，承壓設(shè)備無損檢測(cè)[S].