除氧器复合钢板的对接焊接工艺

姜成军 罗国良

(上海市特种设备监督检验技术研究院)

焊接技术

除氧器复合钢板的对接焊接工艺

姜成军*罗国良

(上海市特种设备监督检验技术研究院)

分析了用于制造除氧器的不锈钢复合板的焊接工艺。对SA516Gr70+SA240TP304不锈钢复合板采用新的SAW加FCAW焊接工艺，并将其与原SAW加SMAW焊接工艺进行对比。对由这两种焊接工艺得到的焊接接头试样进行金相组织和力学性能试验。试验结果表明,新焊接工艺可获得性能良好的对接接头，焊接接头各个截面上微观组织结构正常，符合国家标准对工艺的规定。试验结果对指导复合板焊接工艺制定和实际生产具有重要意义。

除氧器 复合钢板 焊接 焊接工艺 SA516Gr70 SA240TP304

1 不锈复合钢制容器的焊接工艺

上海某公司在600MW电站锅炉除氧器生产中广泛应用不锈钢与碳钢爆炸复合钢板，其采用的焊接工艺为SAW加SMAW焊接工艺。即先用手工电弧焊在基层根部进行打底焊，然后用埋弧自动焊焊基材全部；基材焊毕，进行X光射线检验；检验合格后，再以手工电弧焊焊接过渡层和复层[1]。现需对产品制造过程中的对接焊接工艺作一改变，采用的焊接工艺为SAW加FCAW焊接工艺。即用埋弧自动焊焊基材全部；基材焊毕，进行X光射线检验；检验合格后，以气保护药芯焊丝电弧焊焊接过渡层和复层。因此，需验证新焊接工艺试验项目符合标准的规定，并与原焊接工艺的试验性能进行对比。

2 复合钢板试验条件

本试验用母材为爆炸复合板，其不锈钢复板是SA240TP304，厚度为3.5mm；基板是SA516Gr70，厚度为35mm。现将2块同一炉批号的试验钢板，分别采用SAW+SMAW和SAW+FCAW两种焊接工艺进行焊接，并对其金相组织、力学性能进行试验比较。焊接试验用复合钢板见图1。

图1焊接试验用2块复合钢板

2.1坡口形式

不锈钢复合板焊接坡口形式，主要根据接头的位置、复合板材料的厚度、复层焊缝的化学成分要求和抗腐蚀性能要求来确定。在焊接区的复合层与基层结合处，将基材加工掉1～2mm，采用过渡层焊材填充，以降低基材焊缝及母材的稀释对复层焊缝化学成分的影响，确保复层焊缝的合金元素含量，使其接头的抗腐蚀性满足设计要求[2]。本次焊接试验所采用的试样组对时，双面坡口按照GB/T13148—2008《不锈钢复合钢板焊接技术要求》的规定加工，见图2。其中：h＝(35+3.5)mm， p=0～3 mm， a1＝60°， a2＝70°， b=6mm， l=8mm。

图2 焊接试验试样的坡口

2.2复合板化学成分与力学性能

试验采用SA516Gr70+SA240TP304钢板，其材料化学成分见表1，钢板力学性能见表2。

2.3 焊接材料选用

由于不锈钢复合板焊接的特殊性，要采用两种不同的焊接材料来焊接同一条焊缝，以保证焊缝质量。基层与基层的焊接，采用与基层材质相应的碳素钢和低合金钢焊接材料，焊接方法采用埋弧自动焊；复层与复层的焊接，采用与复层材质相应的焊条；基层与复层交界处即过渡层的焊接，采用铬、镍含量高的焊条，具体见表3。

2.4焊接工艺参数

复合板焊接顺序是：首先焊基层，然后焊过渡层，最后焊复层。两种焊接工艺的工艺参数对照如表4所示。不锈钢复合板过渡层焊接常采用小直径、小电流、多层多道焊、不摆动、快速焊工艺，以减少基层金属的熔入量，减少焊缝金属的稀释与渗透[3]。

表1 SA516Gr70+SA240TP304钢板化学成分 (%)

表2 SA516Gr70+SA240TP304钢板力学性能

复层主要是保证抗蚀性能。焊接时应严格控制焊接规范，防止过热，并对层间温度进行控制，尽可能缩短焊接接头的高温停留时间，以保证焊缝的抗蚀性能。

3 试验结果及分析

对2个复合板焊接试样分别采用表4焊接工艺进行焊接，其中1#复合板焊接试样是采用基层（SAW+SMAW）+过渡层 （SMAW）+复层（SMAW）的焊接工艺焊接，2#复合板焊接试样是采用基层 (SAW)+过渡层 （FCAW）+复层（FCAW）的焊接工艺焊接。对这2个复合板焊接试样按照GB／T 13148—2008《不锈钢复合钢板焊接技术要求》的规定进行以下对比试验。

表3 复合板焊接所用试验焊材化学成分和机械性能

表4 SAW+SMAW和SAW+FCAW焊接工艺参数

3.1 焊接接头性能试验

在本试验条件下，焊接接头的性能试验结果见表5，试样复层焊缝的化学成分见表6。由表5和表6可见，2#试样抗拉强度Rm大于基层材料SA516Gr70的强度下限值485 MPa（ASME第Ⅱ卷规定值，2007版），符合GB/T 13148—2008《不锈钢复合钢板焊接技术要求》的相关要求，其性能和化学成分与1#试样基本一致。

表5 焊接接头的性能试验

表6 试样复层焊缝的化学成分

3.2 金相检验

焊接过程如何，直接影响到焊缝金属和热影响区的宏观形貌、显微组织、焊接缺陷及焊接接头的性能。焊接接头的金相检验能够分析出焊缝各区的组织和焊接缺陷。 从图3中1#与2#试样的宏观形貌图和金相图可以看出：宏观上试样中无裂纹、未焊透、未熔合等明显缺陷；微观上试样中无显微裂纹等明显缺陷。

3.3 晶间腐蚀试验

图3 1#与2#焊接试样的宏观形貌和金相组织

由于复层不锈钢焊缝要接触腐蚀性介质,为了评定复层不锈钢的耐蚀性能,需要对焊接接头进行晶间腐蚀检查[4]。

将1#与2#不锈钢复合钢板焊接接头试样的基层钢板刨去,保留复层焊接接头试样。经打磨抛光后，试样浸入硫酸铜溶液进行腐蚀，采用GB/T 4334.5—2000标准中的方法对复合板复层焊缝进行晶间腐蚀试验。试样分敏化和不敏化两种状态。其中一组敏化状态温度为650℃，敏化2 h。表7所示的试验结果表明，2#试样也能通过晶间腐蚀检验。

表7 试样晶间腐蚀试验

3.4 铁素体含量测定

对堆焊层的铁素体含量进行了测定，2#试样最大含量值为7.2%，最小值为6.2%，符合标准规定的铁素体含量控制在4%～10%的要求。具体数据详见表8。

表8 试样铁素体含量

4 结论

除氧器采用SA516Gr70+SA240TP304不锈钢复合钢板制造。在制造过程中对接焊焊接工艺发生了改变，原采用SAW+SMAW焊接工艺，现新采用SAW+FCAW焊接工艺。对2种焊接工艺得到的焊接接头进行了系统的对比试验，并采用化学成分分析、力学性能试验和金相试验等手段,对焊接接头组织结构进行了分析研究。结果表明，采用新的SAW+FCAW焊接工艺焊接的接头性能良好，复层微观组织结构正常，在除氧器不锈钢复合钢板制造过程中可以采用这种焊接工艺。

[1]张基枢，堵耀庭．不锈钢焊接 [M]．北京：机械工业出版社，2000：184-185.

[2]吉秀英，幕志进，吴文军，等．埋弧焊接技术用于复合不锈钢板焊接的可行性 [J]．石油化工设备，2007，36(3)：57-6l.

[3]张汉谦．钢熔焊接头金属学 [M]．北京：机械工业出版社，2000：165-166.

[4]王素霞．爆炸复合材料界面组织结构与性能 [J]．钢铁，2004， 29(4)： 38-42.

TG 142.41

2010-11-26)

*姜成军，男，1984年1月生，助理工程师。上海市，200062。