摘要：主要阐述了316L+Q235C不锈钢复合钢板的焊接方法、焊接材料、焊接工艺评定、坡口设计、施焊焊工、焊接要求、以及焊接质量检验等方面。

关键词：不锈钢复合钢板  焊接技术 焊接工艺参数

前言：使用复合钢板制造压力容器、化工设备等是为了节约贵重耐腐蚀金属材料，同时利用其他高强度钢作为基层提高承压能力，从而实现综合性能与经济性的优化组合，该类材料是由复层（不锈钢）和基层（碳钢、低合金钢等）爆炸或轧制复合而成。复层与工作介质相接触，保证其耐腐蚀性能，强度则主要靠基层获得。随着该类材料制造工艺的成熟，广泛应用于石油化工、食品加工等领域。

某盐化工公司化工设备I效蒸发罐，因介质是具有强腐蚀性的盐浆液，设计从综合性能与经济性的优化出发，使用基层Q235C，复层316L的复合钢板作主要受压元件材料，复合钢板技术条件符合JB 4733-1996《压力容器用爆炸不锈钢复合钢板》B2板要求 。基层和复层材料的可焊性均较好，但是要按工期保质保量的完成设备建造，就必须对Q235C+316L复合材料基层、复层以及过渡层的焊接选择合理的焊接材料，制定切实可行的焊接工艺。

1 复合钢板的焊接性能分析

I效蒸发罐用复合钢板是由化学成分和物理性能差异很大、焊接性能也有较大差异的两种钢材制成，因此不能用单一的焊接材料和工艺进行焊接，而应该将基层和复层区别对待。单一的采用适合于焊接复层的焊接材料和焊接工艺焊接基层的碳素钢，虽然容易得到耐蚀性较基层更好的焊缝，但是基层中的焊缝完全由马氏体钢组成，使得焊缝的裂纹倾向增大，使用性能不能与整个复合钢板保持一致，在疲劳载荷作用下会诱发开裂造成不可想象的后果。因此从降低设备风险，降低施工成本，优化施工条件等方面考虑，采用适合焊接基层的焊接材料和焊接工艺焊接复层不锈钢，由于焊缝中的合金元素增加，则焊缝容易产生粗硬的马氏体组织，虽然强度和硬度增加，但是焊缝的塑性和韧性下降，容易诱发裂纹；更重要的是焊缝位置的耐腐蚀性能急聚下降，违背了设备使用过程中最基本的耐腐蚀要求。考虑到焊缝的使用性能，建造过程的经济性，工艺的可行性，施工技术条件等多方面的因素，应该将复合钢板的基层和复层按各自特点分别对待。特别是焊接耐腐蚀层，因复层材料316L属于奥氏体不锈钢，如果在450℃～480℃范围内长时间停留，会析出碳化铬，铬主要来源于晶粒表层形成贫铬区。在盐浆液主要成分氯化钠，而复层奥氏体不锈钢具有点蚀倾向，在大量的氯离子的强腐蚀作用下，表面发生点蚀的倾向增大，如果点蚀控制不利，就会成为应力腐蚀的裂源。加上晶粒表层的贫铬区又会进一步加剧点蚀倾向。因此为减少贫铬区和提高耐点蚀性能，一方面须减少Cr、Mo的偏析，一方面采用较母材更高的Cr、Mo量的焊接材料；在工艺参数设计上，采用较小电流，以减少线能量，并将层间温度控制在60℃以下，提高焊接速度来减少合金元素的烧损和稀释；在焊接过程中，严格执行不锈钢焊接规范。

2 复合钢板基层与复层焊接的顺序

根据不锈钢焊接接头耐腐蚀性能分析，为保持焊接接头有良好的耐腐蚀性能，焊接过程先焊接基层再焊接复层，以保证焊接后的复层有良好的耐腐蚀性，也极大限度地避免了复层不锈钢焊接材料熔入基层焊缝金属，从而保证了基层的强度和焊接质量。

3 复合钢板的焊接方法

I效蒸发罐属单件生产，且受施工条件的限制，宜采用焊条电弧焊较为恰当。

4 焊接材料的选用和要求

   根据JB/T 4709-2000《钢制压力容器焊接规程》、GB/T 13148-2008《不锈钢复合钢板焊接技术条件》和图样设计的要求，基层选用 E4315( GB/T 5117-1995)焊条，过渡层选A042(E316L-16 GB/T983-1995)焊条，复层选用A022(E316L-16  GB/T 983-1995)焊条。
　　焊条按质保体系要求，A022、A042焊条使用前250℃烘烤，保温1小时再放入100℃保温箱保温；J427焊条使用前350℃烘烤，保温1小时再放入100℃保温箱保温.以上焊接材料均需在有保温措施下随取随用。

5 焊接工艺评定

根据《压力容器安全技术监察规程》要求，受压元件焊接前需要按JB 4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》做焊接工艺评定合格方可施焊。

5.1 按JB/T 4709-2000《钢制压力容器焊接规程》附录B的要求做好相关的焊前准备，焊接试样加工尺寸按JB 4708-2000《钢制压力容器焊接评定》的要求，焊接坡口形式按图样设计选取HG 20583-1998《钢制化工容器结构设计规定》中规定的DU20，分层分道及坡口参数如下图1所示：

图1 复合钢板焊接分层分道及坡口参数

5.2 焊接工艺参数

根据JB 4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》和CD130A3-1984《不锈钢复合钢板焊制压力容器技术条件》要求，不锈钢复合钢板采用分层分道焊接，并严格控制层间温度在60℃以下，与图1坡口相对应的焊接工艺参数如表1。

表1  不锈钢复合钢板焊接工艺参数

    焊接过程中焊图1所示层6之前，必须使用不锈钢钢丝刷进行坡口清理；每道层间焊接时必须每道采用锤击的方法进行消除应力处理；控制层间温度，尽量缩短复层不锈钢焊缝在脆性温度去停留时间；严格执行工艺纪律，严禁在非焊接部位或筒体表面引弧，熄弧时填满弧坑，避免产生弧坑裂纹；采用短弧直线运条，以减少合金元素的烧损，减少热影响区的宽度，以提高焊缝的抗晶间腐蚀能力，减小产生裂纹的倾向。

5.3 焊缝检查及后处理

（1）焊缝GB150-1998《钢制压力容器》，进行焊缝外观检查，符合相关标准要求。

（2）内部质量按JB/T 4730.2-2005《承压设备无损检测 第2部分 射线检测》要求进行100%射线探伤，级别Ⅲ级以上为合格。

（3）力学性能试验按JB 4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》相关要求评定合格。

（4）按图样要求焊接接头按GB/T 4334-2008《金属和合金的腐蚀 不锈钢晶间腐蚀试验方法》进行晶间腐蚀倾向实验，弯曲试验后，试样表面无晶间腐蚀裂纹。

（5）设备制造完毕后，所有不锈钢焊缝应打磨抛光，做酸洗钝化处理。

6 结语

在整个工程施工过程中严格按国家及行业标准进行各项活动，制定了切实可行的焊接工艺和焊接纪律，并顺利完成工程保证工期的正常进行。设备场内水压试验、现场安装水压试验均无异常以及后续正常运转，均充分说明工艺的正确性。为公司今后制造同类材料或类似材料设备积累了宝贵经验。

参考文献：

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[2] 赵熹华.焊接检验[M].北京：机械工业出版社，1993

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[5] JB 4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定[S]

[6] JB/T 4709-2000 钢制压力容器焊接工艺规程[S]

[7] HG 20583-1998《钢制化工容器制造技术条件规定》[S]

[8] CD 130A3-1984《不锈钢复合钢板焊制压力容器技术条件》[S]

[9] JB 4733-1996《压力容器用爆炸不锈钢复合钢板》 [S]