20R+0Cr13Al复合钢容器的焊接

2015-04-23杨琛席连玉万波许良燕秦志燕

金属加工(热加工) 2015年16期

杨琛席连玉万波许良燕秦志燕

我公司为某石化公司生产的100万t/a延迟焦化装置均是由主体材质为20R+0Cr13Al复合钢板制作的塔器，产品规格为：φ1 400~2 200mm，复合板材（14~18）mm+3mm，设计标准为GB150—1998、JB/T4710—2005，设计压力为1.43MPa，设计温度73℃，介质为柴油、汽油、焦化干气，要求设备焊后对塔体内表面进行酸洗钝化处理。

1. 20R+0Cr13Al复合钢板焊接性分析

（1）化学成分及力学性能 20R+0Cr13Al复合材料属于铁素体-马氏体系复合钢板，复层为铁素体-马氏体不锈钢，基层为20R钢，化学成分和力学性能分别如表1、表2所示，20R+0Cr13Al复合钢板的力学性能如表3所示。

（2）焊接特点该类复合钢板的焊接性主要取决于马氏体钢的物理性能、化学成分、接头形式及填充材料的种类。

焊接接头容易产生冷裂纹：复合钢板的焊接也属于异种钢的焊接，其基层与复层母材本质在成分、性能等方面有较大差异，而且基层与复层的焊接材料也同样存在较大差异，因此稀释作用强烈，增大了结晶裂纹倾向；异种钢接头在焊后冷却时容易形成淬硬组织，同时珠光体与马氏体的线膨胀系数相差较大，接头中会产生较大的焊接应力，都会促使焊接冷裂纹的产生。

表1 20R钢板的化学成分和力学性能

表2 0Cr13Al钢板的化学成分和力学性能

表3 20R+0Cr13Al复合钢板的力学性能

焊接接头产生脆化：基层和复层的含铬量差别较大，促使碳向覆层迁移扩散，而在其交界的焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层，加剧熔合区的脆化。

2. 焊前准备

（1）焊接方法的选择根据设计图样要求采用焊条电弧焊，但生产单位可以自选焊接方法。由于延迟焦化装置的塔器规格大、数量多，我们采用焊条电弧焊和埋弧焊相结合的焊接方法，这样既能保证产品的焊接质量，又能满足客户的工期要求。

（2）焊材的选择为保证复合钢板的焊接质量，首先要分别选择复层和基层的焊接材料。为有效防止稀释和碳迁移等，在基层与复层之间加焊过渡层。

复层用焊接材料应保证熔敷金属的主要合金元素含量不低于复层母材标准规定的下限值，对于0Cr13Al钢板的焊接采用焊条电弧焊，焊条选用E309—16；基层按钢材合金含量选用焊接材料，保证焊接接头的抗拉强度不低于基层母材标准规定的下限值，基层焊接根焊选用焊条电弧焊，焊条选用E4315，填充采用埋弧焊，焊丝用H08A，焊剂HJ431；过渡层焊接材料选用E309—16，以保证能补充基层对覆层造成的稀释。焊接20R+0Cr13Al复合钢板的焊条及焊丝的化学成分如表4所示。

（3）焊接程序复合钢板的坡口及焊接顺序如附图所示，即先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层，过渡层的熔焊金属在基层的厚度为1.5~2.5mm，在复层的厚度为0.5~1.5mm。

坡口及焊接顺序

3. 焊接要点

（1）基层的焊接先焊基层焊缝，采用焊条电弧焊打底，选用E4315焊条，根焊的厚度不能太薄，以防埋弧焊时因参数太大而烧穿，焊前对焊条进行350℃烘干，短弧焊接，防止气孔产生。然后用埋弧焊进行填充焊接，严格控制焊接速度等工艺参数，保证焊缝的一次合格率。用磨光机彻底清理根部焊缝，焊条电弧焊从背面进行封底焊，保证焊缝背面的成形和内在质量。

（2）过渡层的焊接复合钢板焊接的重点和难点均在于过渡层的焊接，在焊基层焊缝时，预留出1.5~2.5mm的厚度，选用E309—16焊条进行焊接。焊前对焊条进行150℃烘干，采用小的热输入、反极性、直线运条和多层多道焊。

（3）复层的焊接复层焊接时采用E309—16焊条进行焊接，焊前对焊条进行150℃烘干，采用短弧、小电流、快速焊，不作横向摆动，并且严格控制层间温度≤150℃，这样可以有效防止焊缝在高温停留时间过长，否则会促使粗晶脆化倾向。各焊道具体焊接参数如表5所示。

（4）酸洗钝化处理复合钢板的基板就是要保证容器要求承受的压力，而复层满足需要的耐腐蚀性能。在复合容器的生产制造过程中，复层可能被污染，因此焊后需对塔体内表面进行酸洗钝化处理。