不锈钢复合板在压力容器焊接方面的讨论

摘 要：不锈钢复合板在实际生产和制造过程中，焊接是其中最重要的环节之一，其质量将直接关系着设备的使用寿命及其耐腐蚀性和安全性，故对焊接质量进行控制是一个重点问题。文章主要对不锈钢复合板的压力容器焊接技术方面进行了研究。

关键词：不锈钢复合板；压力容器焊接；设备制造

不锈钢复合板是以低合金钢或碳钢为基层，以不锈钢为复层，采用轧制法、爆炸法等制成的双金属复合板，其既具备低合金钢的低成本和高强度优势，同时还兼具不锈钢的耐腐蚀性，因而近年来在化工、炼油等领域应用十分广泛。

1 不锈钢复合板容器焊接简介

不锈钢复合板容器是由两种材料结合而成的，由于两种材料在组织、化学成分以及物理性能方面均存在较大差异，故在实际焊接过程中，除需考虑复材和接头的性能要求之外，还应重点考虑异种钢焊接问题。在此过程中，基层将会对复层产生一定的稀释作用，故使复层中的Ni、Cr含量降低，并逐渐开始出现扩散问题，在焊接处形成脱碳层和增碳层，最后导致热影响区软化。为避免上述问题，需在基层和复层之间增设过渡层，从而形成三层焊接层，其中，基层和复层属同类材料焊接，其金属性能将直接影响焊接工艺，而过渡层属异种钢焊接，其焊接性将直决定另外两层的金属填充、接头形式以及物理性能和化学性能等。

2 焊接材料及其方法选择

2.1 焊接材料

基层焊接材料应充分结合基材机械性能和化学性能，并参照相应的技术条件和标准作出正确选择，当材料为低合金钢或碳素钢时，其焊接材料应保证焊缝金属的力学性能高于母材的标准规定值。

复层焊材应选择与其材料机械性能和化学性能相近的类型，并对材料的耐腐蚀性具有一定要求。奥氏体不锈钢材料应保证其内部含金元素含量不能少于规定值以下。过渡层焊接应充分尊重异种钢焊接原则，复合板焊条25%Cr～20%Ni型号为最佳选择。

2.2 焊接方法

不锈钢复合板在进行压力容器焊接的过程中，一般可采用CO2气体保护焊接、埋弧自动焊接以及手工电弧焊接等方式。其中，复层和过渡层焊接可选用手工氩弧焊以及手工电弧焊等方式，当然也可结合现场实际情况采取带极埋弧自动焊以及气体保护焊的方式[1]。

3 设计焊接坡口

设计不锈钢复合板焊接坡口，一般需结合焊缝的化学成分、材料的实际厚度以及接头的位置等因素来进行。若焊接缝对于腐蚀性提出更高要求时，需在基层和复合层的交接处，加工掉基材2mm左右，并使用过渡层焊材进行填充，避免基材焊缝对于复层的化学性能造成影响，并保证其内部含金元素含量达标，从而使接头处的耐腐蚀性达到基本设计要求。

在保证焊接质量的前提下，实行接头设计原则，尽量少的使用填充金属，从而为后续工作提供便利。焊接工作基本上都在基层侧进行，可有效减少工作量，且更加有利于控制复合层焊机及其内部金属化学成分。

当不锈钢复合板壳体与不锈钢接管进行组合焊接时，应尽量采用内齐平结构；当不锈钢复合壳体与低合金钢进行组合焊接时，应保证壳体与接管的端部对齐，在焊接分层和过渡层时，可将接管端部堆焊成形。

4 焊接程序

4.1 基层焊接

在此环节中，为保证施工工艺简便，并降低热循环对于焊缝的影响，可先对基层部分进行焊接，并尽量将工作转移到基层侧进行，避免焊接过程中对于复合层造成的影响和损坏。当复材接合面与基材加工至2mm左右时，应先去除基层焊缝加强高再进行过渡层焊接。另外，还应禁止触碰熔化复材，焊缝余高需控制在合理范围内。综合权衡基材结构、种类以及厚度等因素，必要時可进行相应的预热处理。

4.2 过渡层焊接

在熔合良好的情况下才能开展过渡缝焊接工作，焊丝、焊条应尽量选择接线能量小且直径小的类型，还应避免基材金属融入量过高，从而保证融合比的合理性，避免化学成分遭到破坏而引发的裂纹问题，过渡层厚度一般需控制在2mm以内，且需覆盖全部基材。

4.3 复层焊接

该环节同样应选用较小焊接线能量，并严格把控层间温度。若产品对耐腐蚀性提出较高要求，需在焊接时将温度控制在100℃～150℃之间。复材表面以及焊缝均应保持光滑和平整，焊缝余高最多不可超过1.5mm，焊角高度以及焊缝坡度均应符合设计要求。

在此环节中应重点保护复层表面，防止飞溅对其造成破坏，且不可在其表面随意进行引弧。焊接支架、吊环以及卡兰时，禁止使用铁锤、铁棒等工具敲击其表面。

关于T型接头焊接方面，焊接筒体时，若在完成复合板纵缝焊接后进行环焊缝焊接，则极易将过渡层焊缝融入基层焊缝，从而形成硬脆组织。另外，此处焊接应力较为集中，本身就较容易出现裂纹问题，故为保证T型接头焊接质量，应在环形基层焊接工作完成之后，再进行分层和过渡层焊接[2]。

4.4 焊缝无损检测

该检测可为容器质量提供有效保障，设计者应选择适宜的检测比例和方法。在此之前需对无损检测的各项标准和规定进行详细了解，并结合产品的结构、材质以及操作条件等确定检测方式。对于不锈钢复合板容器而言，其检测程序和方式至关重要，需在设计图纸中一一明确。

复合板材料与其他材料不同，需在焊接过程中进行一系列无损检测。基层是其中一个重要的组成部分，故基层焊缝应进行严格的超声波检测和射线检测，完成该环节后，再进行分层和过渡层焊接，去除加强高，并进行表面磁粉检查，保证所有接合处均未出现缺陷问题。

5 总结

综上所述，为保证不锈钢复合板压力容器焊接质量，需正确选择焊接材料和工艺；保证焊接坡度设计的合理性；按照正确的顺序开展各环节焊接工作；复层和基层之间的过渡层是整个焊接工作的重点内容；无损检测对于产品焊接质量将产生直接影响。实践中应重点关注上述几点，从而保证焊接质量。

参考文献：

[1]付洪亮，付林也，侯斯允.不锈钢复合板压力容器焊接工艺的研究[N].沈阳工程学院学报（自然科学版），2016，12（04）：378380+384.

[2]铀铀，冯健，王超.压力容器用大幅面爆炸焊接不锈钢复合板缺陷形成机理[J].压力容器，2014，31（03）：1519+39.