不銹鋼復(fù)合鋼焊接裂紋的探析

1、<p>　　不銹鋼復(fù)合鋼焊接裂紋的探析</p><p>　　【摘要】：隨著石化裝置大型化的趨勢，出于對制造成本的控制，促使石油化纖設(shè)備的制造采用不銹鋼復(fù)合鋼材料。本文針對經(jīng)常出現(xiàn)的復(fù)合鋼焊接裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，提出了有針對性的焊接措施，可有效的避免焊接裂紋。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】：不銹鋼復(fù)合鋼焊接 裂紋 措施 </p><p>　　中圖分

2、類號：P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　1 概況 </b></p><p>　　不銹鋼復(fù)合鋼板是由不銹鋼與其他鋼種(如碳鋼、低合金鋼等)通過軋制、爆炸等方法復(fù)合而成的雙金屬板。這種材料同時具備了復(fù)層不銹鋼和基層金屬的特性，既有一定的強(qiáng)度，又有較好的抗腐蝕性能，同時又較大的降低了生產(chǎn)成本。因此，近年來不銹鋼復(fù)合板在石化裝置中得到了

3、越來越多的廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　我司承建的由中國昆侖工程公司設(shè)計(jì)的壓力容器時采用了不銹鋼復(fù)合鋼板基層為18mm的Q345R，復(fù)層為3mm的S30408,制造方法是爆炸型。壓力容器施工圖中規(guī)定，焊接材料基層用E4315（J427），過渡層用E309-16（A302）,復(fù)層用E308-16（A102），焊縫位置示意見圖1。根據(jù)JB/T4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》的要求，我司對此種不銹鋼復(fù)

4、合鋼進(jìn)行工藝評定。在試板焊接時，當(dāng)基層焊好后，用A302焊過度層時，發(fā)現(xiàn)焊接接頭出現(xiàn)了很多放射狀裂絞。 </p><p>　　2 焊縫裂紋產(chǎn)生原因分析 </p><p>　　2.1 該不銹鋼復(fù)合板的基層和復(fù)層均是焊接性能較好的材料，在單一鋼種焊接時，一般不會出現(xiàn)裂紋。此次焊接屬于異種金屬的焊接，并且形成的過渡層焊縫成分、組織更加復(fù)雜。不銹鋼復(fù)合鋼是由化學(xué)成分和物理性能有很大差異、焊接性也有

5、重大差別的兩種鋼材復(fù)合而成的，因而不可能用單一焊材和焊接工藝進(jìn)行焊接。焊接時，應(yīng)對基層和復(fù)層區(qū)別對待。如果單獨(dú)采用適合于基層的焊材和焊接工藝，則焊接復(fù)層時焊縫會出現(xiàn)馬氏體組織，不僅力學(xué)性能、耐蝕性能等使用性能不能滿足材料要求，還容易產(chǎn)生焊接裂紋。由于基層焊縫對復(fù)層焊縫的稀釋作用，因此設(shè)置一個合理的過渡層，即有一個合理的坡口形式，則有利于減少過渡焊縫金屬的稀釋率。 </p><p>　　2.2 由于復(fù)合板多為采用爆

6、炸法進(jìn)行復(fù)合的，在復(fù)合過程中，因?yàn)楣に囈蛩氐挠绊?，?fù)合板的四周邊緣位置往往是缺陷集中、應(yīng)力集中的區(qū)域，如化學(xué)成分不均勻、分層，特別是裂紋集中的地方。而焊縫處在復(fù)合板的邊緣位置，由于焊接冶金過程的影響，有可能產(chǎn)生焊接裂紋。 </p><p>　　2.3 基層用鋼(主要為碳鋼、低合金鋼)與復(fù)層用鋼(主要為奧氏體不銹鋼)的物理性能有較大差異。由于奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較低（僅為基層的50%），高的電阻（為基層的4倍），

7、熱膨脹系數(shù)較大（為基層的1.3倍），焊接接頭在冷卻過程中，奧氏體鋼比基層金屬收縮變形大，而基層金屬卻強(qiáng)烈束縛著過渡層金屬的收縮。在焊縫方向上，過渡層受拉應(yīng)力作用。如果過渡層存在硬脆的馬氏體組織，在熱應(yīng)力的作用下，很容易產(chǎn)生裂紋，馬氏體組織越多，焊縫裂紋敏感性越強(qiáng)。 </p><p>　　2.4焊接基層用的E4315焊條，是低氫納（堿性）焊條，雖然產(chǎn)生氫裂的危險小，但抗拉強(qiáng)度較小。根據(jù)JB/T4709-2000的規(guī)

8、定，焊接Q345R時推薦使用E5015（J507）焊條。 </p><p>　　2.5 冷卻速度不當(dāng)，熔合比沒有控制好，也是不銹鋼產(chǎn)生熱裂紋的重要因素。 </p><p>　　2.6 由于焊工自身的技術(shù)水平問題，焊接操作時運(yùn)條不平穩(wěn)，沒有控制基層焊縫高度和寬度，使基層高出了復(fù)合界面，或者復(fù)層母材熔入基層焊縫。如果基層焊縫偏高，則過渡層焊縫厚度會減小，焊接復(fù)層時由于焊接電流大而熔透過渡層，會

9、造成復(fù)層金屬熔入基層焊縫，這些都會造成更復(fù)雜成分和組織的焊縫，易形成裂紋。 </p><p><b>　　3 防止措施 </b></p><p>　　依據(jù)上述分析及相關(guān)焊接技術(shù)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行了一系列的對比試驗(yàn)，遂作出如下調(diào)整： </p><p>　　3.1 焊接方法可采用焊條電弧焊、埋弧焊。但靠近復(fù)合界面的基層焊縫、過渡層焊縫和復(fù)層最好選用

10、焊條電弧焊復(fù)層。如果使用埋弧焊等大線能量的焊接方法焊接，焊接工藝不易控制，焊接時容易熔透過渡層焊縫，使過渡層金屬、復(fù)層金屬與基層金屬相熔合，產(chǎn)生馬氏體組織或更復(fù)雜的相而增大開裂傾向，同時不易保證復(fù)層的性能。 </p><p>　　3.2 焊接不銹鋼復(fù)合鋼的復(fù)層之間焊縫及過渡層焊縫的焊工選取技術(shù)精湛的熟練焊工。這些焊工除取得《鍋爐壓力容器壓力管道焊工考試與管理規(guī)則》考試合格證，還必須按要求取得相應(yīng)的耐蝕堆焊資格。

11、</p><p>　　3.3 基層的焊接材料用E5015(J507),過渡層的焊接材料用E309Mo-16（A312），因?yàn)锳312焊條中含有鋁，故比A302有更好的耐蝕，抗裂及抗氧化性能，而且焊接工藝性能良好，復(fù)層的焊接材料用E347-16(A132)。 </p><p>　　3.4 復(fù)合鋼焊接遵循先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層的焊接順序?；鶎雍缚p應(yīng)打磨平整且檢查合格后才能開始過渡層的

12、焊接。在容器縱縫焊接時，應(yīng)將過渡層和復(fù)層焊縫兩端各留30-50mm不焊，待環(huán)縫基層焊接后，再將縱縫兩端焊接成型。在實(shí)際施工中，往往將縱縫過渡層和復(fù)層一次焊滿焊接環(huán)縫時，將縱縫端部的過渡層焊縫熔入了環(huán)向的基層焊縫，由于T型焊縫處焊接應(yīng)力較其他處復(fù)雜，可能產(chǎn)生裂紋等缺陷。因此，在不銹鋼復(fù)合鋼的容器制造時，縱縫T型焊縫處的焊接應(yīng)特別加以重視。 </p><p>　　3.5選擇合理的焊接工藝參數(shù)，如附表。 </p&

13、gt;<p><b>　　焊接工藝參數(shù)表： </b></p><p>　　3.6采用合理的坡口型式，以減少復(fù)層金屬的稀釋率，如附圖2加完的坡口進(jìn)行外觀檢查，坡口不得有裂紋和分層的存在。坡口附近20mm 范圍應(yīng)清理干凈，不得又油污和銹蝕。施焊前須在不銹鋼復(fù)合鋼板復(fù)層坡口內(nèi)及兩側(cè)各100mm范圍內(nèi)刷涂防飛濺涂料。 </p><p><b>　　圖2

14、 坡口型式 </b></p><p>　　3.7 焊接基層時，應(yīng)采用短弧焊，焊條不得觸及和融化復(fù)層金屬；基層焊道應(yīng)距復(fù)合界面1-1.5mm。 </p><p>　　3.8 復(fù)層焊接前，必須將過渡層焊縫表面和坡口邊緣清理干凈。復(fù)層焊接時，采用不擺動快速焊，并采用較小的焊接線能量。過渡層的厚度應(yīng)控制在2-3mm。嚴(yán)格控制過渡層和復(fù)層焊接的層間溫度，一般不超過60℃為宜。 </

15、p><p><b>　　4 結(jié)束語 </b></p><p>　　我公司承造的浙江桐昆恒邦制安工程PTA料倉（Q235B+0Cr18Ni9）、酯交換反應(yīng)器(Q345R +S30408)和浙江榮盛化纖制安工程酯交換反應(yīng)器（Q345R+O6Cr19Ni10）等設(shè)備的制作現(xiàn)場組焊在不銹鋼復(fù)合鋼焊接時采取了有針對性的措施，未產(chǎn)生焊接裂紋。通過焊接實(shí)例證明，這些措施對控制焊接裂紋是

16、有效的，為以后不銹鋼復(fù)合鋼的焊接積累了經(jīng)驗(yàn)。 </p><p><b>　　【參考文獻(xiàn)】： </b></p><p>　　[1]、RX2010-01 浙江省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司杭州壓力容器制造廠焊接工藝評定報告 </p><p>　　[2]、JB/T4708-2000 鋼制壓力容器焊接工藝評定 </p><p>