浙江至德鋼業(yè)有限公司承接一臺生成油脫硫化氫塔，設(shè)計壓力為0.93MPa，設(shè)計溫度為250℃，介質(zhì)為生成油、硫化氫、水蒸氣，屬I類壓力容器。主體材質(zhì)為20R＋SUS321（相當于我國鋼號06Cr18Ni11Ti），厚度為（12＋3）mm，焊縫系數(shù)為1。要求焊后對A、B類焊縫進行100％X射線檢測Ⅱ級合格，復(fù)層進行著色檢查。設(shè)備主材是由20R和SUS321兩種鋼材經(jīng)爆炸復(fù)合而成，為BI標準，即結(jié)合率為100％。

一、不銹鋼復(fù)合鋼板焊接特點

  復(fù)合鋼板的基層主要滿足結(jié)構(gòu)強度和剛度的要求，復(fù)層滿足耐蝕、耐磨等特殊要求。由于基層與復(fù)層是兩種化學(xué)成分、力學(xué)性能差別很大的金屬復(fù)合而成，焊接時應(yīng)對基層和復(fù)層分別進行焊接。而過渡層的焊接屬于異種鋼的焊接，其焊接性能要兼顧基層和復(fù)層兩種鋼材的性能。如果焊材或焊接參數(shù)選擇不當，往往由于基層焊接時可能熔化不銹鋼復(fù)層，使合金元素滲入而導(dǎo)致基層嚴重脆化，甚至產(chǎn)生裂紋。而復(fù)層的焊縫可能遭到嚴重稀釋，降低其塑性及耐蝕性。因此，過渡層的焊接材料和焊接參數(shù)的選擇成為復(fù)合鋼材焊接的關(guān)鍵。

二、焊接工藝試驗

 1. 坡口形式的選擇 

    由于此設(shè)備介質(zhì)含有H₂S及水蒸氣，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，工況條件比較惡劣。按設(shè)計圖樣要求，選用圖5-24所示的坡口形式和尺寸。

    這種類型坡口形式有下列優(yōu)點：第一，基層可采用埋弧焊，以提高效率，保證焊圖5-24 坡口形式及尺寸縫質(zhì)量；第二，焊接過渡層時熔合比小，可降低焊縫的稀釋率，且保證過渡層焊縫的性能；第三，能避免基層金屬焊到復(fù)層上，以保證復(fù)層的耐蝕性。

 2. 焊接方法的選擇 

    由于該設(shè)備直徑大，基層厚度達12mm，因此基層可采用埋弧焊完成，而過渡層和復(fù)層可選用焊條電弧焊、氣體保護焊等方法。不銹鋼藥芯焊絲自問世以來，以其電弧燃燒穩(wěn)定、焊接飛濺小、質(zhì)量好及生產(chǎn)效率高、綜合成本低等得到肯定。其中CO₂氣體對藥芯焊絲沒有明顯的增碳現(xiàn)象且對耐蝕性與其他焊接方法相當。因此，選用藥芯焊絲CO₂氣體保護焊來焊接過渡層和復(fù)層。

 3. 焊接材料的選擇 

    復(fù)合鋼板焊材的選擇應(yīng)遵循下列原則：①. 基層焊接選擇與基層強度相當?shù)暮覆?，以保證焊縫的抗拉強度不低于基層母材標準規(guī)定的下限值；②. 復(fù)層焊接選擇與復(fù)層化學(xué)成分相當?shù)暮附硬牧?，以保證焊接接頭的耐蝕性不低于復(fù)層鋼板的性能；③. 過渡層焊材的選擇要考慮基層對焊縫的稀釋作用，需采用使合金成分比復(fù)層合金成分較高的焊材。所選焊材的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表5-49。

 4. 焊接參數(shù) 

    采用松下KRFII-350型CO₂氣體保護焊機。對厚度為（12＋3）mm的20R＋SUS321 鋼板進行焊接工藝試驗。通過調(diào)整工藝參數(shù)，當I＝140～150A，U＝22～24V，CO2氣體流量為20～25L／min時，電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊波細密成形式最好，并經(jīng)X射線檢測無任何超標缺陷。焊接順序如圖5-25所示。

 5. 化學(xué)成分分析 

    焊后分別在焊縫的復(fù)層表面和距表面5mm處（過渡層）進行化學(xué)成分取樣分析，結(jié)果見表5-50。

    從表中可以看出：過渡層和復(fù)層均采用了CO2氣體保護焊，焊縫并無增碳現(xiàn)象。復(fù)層焊縫的化學(xué)成分基本與母材相當，且S、P得到較好的控制，能滿足設(shè)備的耐蝕性的要求。

 6. 應(yīng)力腐蝕 

    對于含濕H₂S介質(zhì)的設(shè)備，嚴格控制焊縫硬度小于或等于22HRC，可降低產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的傾向。做了橫向剖面試樣，在橫斷面的過渡區(qū)和表面進行了硬度測試，其硬度值均在20HRC以下。

 7. 晶間腐蝕 

    由于不銹鋼藥芯焊絲中含有穩(wěn)定化元素Mo且S、P含量低，焊縫復(fù)層金屬按GB/T 4334.5進行晶間腐蝕試驗，全部合格，焊接接頭未出現(xiàn)晶間腐蝕裂紋。

三、焊接工藝評定

  在正式焊接產(chǎn)品前，根據(jù)JB 4708-2000要求進行了焊接工藝評定，工藝評定焊接參數(shù)見表5-51，力學(xué)性能結(jié)果見表5-52。

四、產(chǎn)品焊接

 1. 焊前準備 

   不銹復(fù)合鋼板采用等離子切割機下料，切割時復(fù)層朝上，從復(fù)層側(cè)開始切割，避免將切割熔渣濺落在復(fù)層表面上。坡口采用刨邊機加工，鋼板在組裝和施焊前將坡口內(nèi)處兩側(cè)各50mm范圍內(nèi)的油、銹清理干凈，并避免復(fù)層表面受碳鋼污染。

 2. 組裝 

   筒體組對時以復(fù)層側(cè)為基準進行定位焊，嚴格控制錯邊量≤1.0mm，定位焊在基層側(cè)進行，禁止基層焊材焊到復(fù)層上。

 3. 焊接要點

    a. 焊接時先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層?；鶎拥暮附硬捎寐窕『赶群竷?nèi)側(cè)，焊完后從外側(cè)清根，再焊外側(cè)焊縫。焊接時避免將基層焊縫焊接到復(fù)層上，并控制內(nèi)側(cè)焊縫表面距過渡層距離1.5～2.0mm。

    b. 過渡層采用CO₂氣體保護焊，不銹鋼藥芯焊絲E309LTO-1／ф1.2mm進行2道排焊，嚴格控制道間溫度≤80℃。控制焊縫表面距離為0.5～15mm，過渡層焊縫應(yīng)同時熔合基層母材和復(fù)層母材，且應(yīng)蓋滿基層和母材。焊完后用著色檢測焊縫表面，無缺陷后才能進行復(fù)層的焊接。

    c. 復(fù)層焊接采用E347T1-1／φ1.2mm進行3道排焊，焊接時嚴格控制道間溫度≤80℃。要求焊縫成形美觀，表面無任何氣孔、夾渣、咬邊和未熔合等缺陷，以減少焊縫產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的傾向。

    d. 焊接全過程應(yīng)嚴格執(zhí)行焊接工藝規(guī)程，并采用小的熱輸入快速焊。

五、檢驗結(jié)果

  焊接完畢后，對產(chǎn)品的縱、環(huán)縫進行了100％X射線檢測，焊接一次合格率達到98％，未出現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷，復(fù)層經(jīng)100％著色檢測檢查，達到100％Ⅰ級合格。隨產(chǎn)品焊接的試板進行了力學(xué)性能試驗，完全達到了設(shè)計圖樣的要求。