浙江至德鋼業(yè)有限公司承接一臺(tái)生成油脫硫化氫塔，設(shè)計(jì)壓力為0.93MPa，設(shè)計(jì)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(dāng)于我國(guó)鋼號(hào)06Cr18Ni11Ti），厚度為（12＋3）mm，焊縫系數(shù)為1。要求焊后對(duì)A、B類焊縫進(jìn)行100％X射線檢測(cè)Ⅱ級(jí)合格，復(fù)層進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)，即結(jié)合率為100％。
一、不銹鋼復(fù)合鋼板焊接特點(diǎn)
復(fù)合鋼板的基層主要滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)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?gòu)?fù)合而成，焊接時(shí)應(yīng)對(duì)基層和復(fù)層分別進(jìn)行焊接。而過(guò)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(dāng)，往往由于基層焊接時(shí)可能熔化不銹鋼復(fù)層，使合金元素滲入而導(dǎo)致基層嚴(yán)重脆化，甚至產(chǎn)生裂紋。而復(fù)層的焊縫可能遭到嚴(yán)重稀釋，降低其塑性及耐蝕性。因此，過(guò)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(yàn)
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(jì)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(diǎn)：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(guò)渡層時(shí)熔合比小，可降低焊縫的稀釋率，且保證過(guò)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(dá)12mm，因此基層可采用埋弧焊完成，而過(guò)渡層和復(fù)層可選用焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊等方法。不銹鋼藥芯焊絲自問(wèn)世以來(lái)，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(duì)藥芯焊絲沒(méi)有明顯的增碳現(xiàn)象且對(duì)耐蝕性與其他焊接方法相當(dāng)。因此，選用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊來(lái)焊接過(guò)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(qiáng)度相當(dāng)?shù)暮覆?，以保證焊縫的抗拉強(qiáng)度不低于基層母材標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)?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(guò)渡層焊材的選擇要考慮基層對(duì)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(jiàn)表5-49。
4. 焊接參數(shù)
采用松下KRFII-350型CO2氣體保護(hù)焊機(jī)。對(duì)厚度為（12＋3）mm的20R＋SUS321 鋼板進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)。通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，當(dāng)I＝140～150A，U＝22～24V，CO2氣體流量為20～25L／min時(shí)，電弧穩(wěn)定、飛濺小、焊波細(xì)密成形式最好，并經(jīng)X射線檢測(cè)無(wú)任何超標(biāo)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(guò)渡層）進(jìn)行化學(xué)成分取樣分析，結(jié)果見(jiàn)表5-50。
從表中可以看出：過(guò)渡層和復(fù)層均采用了CO2氣體保護(hù)焊，焊縫并無(wú)增碳現(xiàn)象。復(fù)層焊縫的化學(xué)成分基本與母材相當(dāng)，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(duì)于含濕H2S介質(zhì)的設(shè)備，嚴(yán)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(guò)渡區(qū)和表面進(jìn)行了硬度測(cè)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(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，全部合格，焊接接頭未出現(xiàn)晶間腐蝕裂紋。
三、焊接工藝評(píng)定
在正式焊接產(chǎn)品前，根據(jù)JB 4708-2000要求進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，工藝評(píng)定焊接參數(shù)見(jiàn)表5-51，力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn)表5-52。
四、產(chǎn)品焊接
1. 焊前準(zhǔn)備
不銹復(fù)合鋼板采用等離子切割機(jī)下料，切割時(shí)復(fù)層朝上，從復(fù)層側(cè)開(kāi)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(jī)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(duì)時(shí)以復(fù)層側(cè)為基準(zhǔn)進(jìn)行定位焊，嚴(yán)格控制錯(cuò)邊量≤1.0mm，定位焊在基層側(cè)進(jìn)行，禁止基層焊材焊到復(fù)層上。
3. 焊接要點(diǎn)
a. 焊接時(shí)先焊基層，再焊過(guò)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(shí)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(guò)渡層距離1.5～2.0mm。
b. 過(guò)渡層采用CO2氣體保護(hù)焊，不銹鋼藥芯焊絲E309LTO-1／ф1.2mm進(jìn)行2道排焊，嚴(yán)格控制道間溫度≤80℃?？刂坪缚p表面距離為0.5～15mm，過(guò)渡層焊縫應(yīng)同時(shí)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(cè)焊縫表面，無(wú)缺陷后才能進(jìn)行復(fù)層的焊接。
c. 復(fù)層焊接采用E347T1-1／φ1.2mm進(jìn)行3道排焊，焊接時(shí)嚴(yán)格控制道間溫度≤80℃。要求焊縫成形美觀，表面無(wú)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(guò)程應(yīng)嚴(yán)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(yàn)結(jié)果
焊接完畢后，對(duì)產(chǎn)品的縱、環(huán)縫進(jìn)行了100％X射線檢測(cè)，焊接一次合格率達(dá)到98％，未出現(xiàn)裂紋、未熔合等缺陷，復(fù)層經(jīng)100％著色檢測(cè)檢查，達(dá)到100％Ⅰ級(jí)合格。隨產(chǎn)品焊接的試板進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)圖樣的要求。
