复合板S11348+Q245R的焊接工艺评定
摘要
本文介绍S11348+Q245R复合板的焊接性试验和焊接工艺评定，提供了焊接工艺参数。
根据该焊接工艺评定制定的产品焊接工艺，其产品经焊后检测符合技术要求。
关键词：复合板S11348+Q245R；焊接工艺评定；焊接性能分析
第一节前言
1焊接工艺评定概念
焊接工艺评定工作是整个焊接工作的前期准备。
焊接工艺评定工作是验证所拟定的焊件及有关产品的焊接工艺的正确性而进行的试验过程和结果评价。
它包括焊前准备、焊接、试验及其结果评价的过程。
焊接工艺评定也是生产实践中的一个重要过程，这个过程有前提、有目的、有结果、有限制范围。
所以焊接工艺评定要按照所拟定的焊接工艺方案进行焊前准备、焊接试件、检验试件、测定试件的焊接接头是否具有所要求的使用性能的各项技术指标，最后将全过程积累的各项焊接工艺因素、焊接数据和试验结果整理成具有结论性、推荐性的资料，形成“焊接工艺评定报告”。
2焊接工艺评定的意义
焊接工艺评定是保证锅炉、压力容器和压力管道焊接质量的一个重要环节。
焊接工艺评定是锅炉、压力容器和压力管道焊接之前技术准备工作中一项不可缺少的重要内容，是国家质量技术监督机构进行工程审验中必检的项目，是保证焊接工艺正确和合理的必经途径，是保证焊件的质量，焊接接头的各项性能必须符合产品技术条件和相应的标准要求的重要保证，因此，必须通过相应的实验即焊接工艺评定加以验证焊接工艺正确性和合理性，焊接工艺评定和还能够在保证焊接接头质量的前提下尽可能提高焊接生产效率和最大限度的降低生产成本，获取最大的经济效益。
3焊接工艺评定的目的
（1）是锅炉、压力容器和压力管道及设备制造、安装、检修等生产过程和焊工培训教学应遵循的技术文件。
（2）是焊接质量管理所要执行的关键环节或重要措施。
（3）是反映一个单位施焊能力和技术水平高低的重要标志。
（4）是行业和国家相关的规程所做规定的必须进行的项目。
第二节S11348+Q245R复合板的焊接性试验和焊接工艺评定不锈钢复合板是由碳钢或低合金钢和不锈钢复合轧制而成的双层金属材料。
基层为碳钢或低合钢，保证其钢板的结构强度、刚度和韧性；复层为不锈钢，满足介质对耐蚀性能的要求，具有经济、技术性能优越等特点。
2011年我厂新接手了一台分馏塔顶油气分离器设备，（编号A097），此台设备主体材质为S11348+Q245R (3mm+ 28 mm)。
为了保证焊接质量，我们进行了此材料的焊接性试验和焊接工艺评定。
1 焊接性分析
焊接不锈钢时，如果焊接工艺不当或焊接材料选用不正确，会产生一系列的缺陷。
这些缺陷主要有耐蚀性的下降和焊接裂纹的形成，这将直接影响焊接接头的力学性能和焊接接头的质量。
本台设备基层Q245R为碳素钢，S11348为铁素体不锈钢，两者化学成分差别较大，焊接要求差别也大，应分别用各自相配的焊接材料施焊。
施焊过程中，基层焊缝对复层焊缝有稀释作用降低复层焊缝的铬镍
含量，增加复层焊缝的含碳量以致产生马氏体组织，增加焊缝的硬性和脆性，从而降低复层焊接接头的塑性和韧性，降低复层的抗腐蚀能力。
为此，要在基层和复层之间加一过渡层，以防止基层焊缝金属的碳向复层焊缝金属中扩散。
2焊接材料的选择
基层Q245R 为常用碳素钢，其焊接性能较好，焊接工艺已成熟。
Q245R 之间采用J427焊条，埋弧自动焊焊丝采用H08A ，焊剂采用SJ101。
根据技术要求，采用单层堆焊。
过渡层和复层S11348 之间均采用A062焊条。
相关化学成分如表l ～ 表3 所示。
3 焊接接头型式
该塔体的复合材料采用NB/T47002中的压力容器用爆炸不锈钢复合钢板，两块金属板在爆炸力的推动下相互撞击产生高温高压，致使接触表面局部熔化，成锯齿状，由齿顶、齿根和前后旋涡区组成，如图 1 所示。
前后旋涡区在爆炸复合过程中由于化学元素的扩散和迁移形成一种新型的合金，化学成分不同于基层，也不同于复层，在焊接过程中容易产生裂纹。
接头型式和坡口尺寸的设计原则是：在保证融合良好的情况下，填充金属越少越好。
具体坡口型式见图2 。
图1 不锈钢复合钢板示意 图2坡口型式
4 焊接要点
4.1 用剪床剪切不锈钢复合板时，复层朝上。
4.2 采用等离子切割加工坡口时，复层朝上，从复层侧开始切割；用气割时复层朝下，从基层侧开始切割。
4 .3 组对时，以复层为基准，防止复层错边量超标，在复层坡口两侧2 0 0 mm 范围内刷上防溅涂料。
4.4 焊接时按照先焊基层焊缝，然后焊过渡层焊缝，最后焊复层焊缝的顺序进行焊接。
4.5 用J427焊条在基层坡口内点焊，注意不能烧穿，更不能点在复层钢板上。
4.6 基层的焊接应严防基层焊缝熔化到不锈钢的过渡层，甚至复层焊缝内，以免少量高铬高镍的不锈钢成分稀释到碳素钢焊缝中形成马氏体组织而发生硬化。
4.7 焊接过渡层时，采用φ4.0mm的A 062 焊条，在保证焊透的条件下，小电流快速焊，以降低基层对过渡焊缝的稀释。
过渡层的熔敷金属必须盖满基层，过渡层的厚度为不锈钢复层与基层界面上0.5-1.5mm，交界面以下1.5-2.5mm。
过渡层焊缝总厚度不应小于3mm。
4.8 复层焊接时，为保证焊接质量，必须严格控制焊接热输入量，采取单层单道不摆动焊，严格控制层间温度≤150°。
焊后表面打磨至与母材表面平齐或圆滑过渡。
5工艺条件的确定
5.1首先要确定焊接线能量和其它焊接参数。
根据《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》，由本厂持有相应项目资格的熟练焊工进行施焊，并进行监督和记录。
焊接线能量：由焊接能源输入给单位长度焊缝上热能称为焊接线能量。
主要参数有：焊接电压U；焊接电流I和焊接速度V，焊接线能量影响焊接头的冲击韧性。
不锈钢焊接接头的基本质量要求是确保接头各区的耐蚀性不低于母材。
应以保证接头的耐蚀性为原则，采取相应的措施，选择适用的焊接材料和工艺参数。
焊接工艺参数如表4 所示。
焊接电流I大小保证熔合良好，不产生未焊透，未熔合，夹渣等缺陷。
V：焊接速度等于焊接长度/焊接时间，它是控制焊接线能量关键指标，用焊接的长度长短来控制焊接每一层的焊缝厚度，焊接长度愈短，焊缝愈厚，焊接线能量就大。
反之，焊接长度愈长，焊缝愈薄，焊接线能量就小。
所以，用焊接速度——焊接长度——焊缝厚度来控制焊接线能量
表4焊接工艺参数
5.2其次要确定层间温度、焊后热处理规范及要求。
层间温度直接影响冲击韧性。
6焊后检验
主要检验项目有：
1）焊缝外观检查
焊缝金属的余高不应低于母材，咬边的深度和长度不超过标准，焊缝表面没有裂纹、未熔合、夹渣、弧坑和气孔。
2）焊缝的无损探伤检查：
无损探伤检验与焊接接头力学性能是没有关联的，但“评定”中对焊接缺陷状况的了解却很必要，同时也考虑到在切取试片时应予避开，为此列入检验项目中是应该的。
而断口检查主要目的是检查焊缝金属断面宏观焊接缺陷，属于焊工操作技能测定范围，不能直接用于测定力学性能。
3）拉伸试验（尺寸试样）
①试样的余高以机械方法去除，与母材平齐。
②试件的厚度：厚度大于30mm时可加工成两片或多片试样。
③每个试样的抗拉强度不低于母材的下限。
④两片或多片试样进行拉伸试验，每组试样的平均值不超过母材规定值的下限。
4）弯曲试验
①弯曲试样采用横向侧弯。
②试样的宽度：40、20、10（单位：mm）。
③试样的余高以机械方法去除，保持母材原始表面，咬边和焊根缺口不允许去除。
④横向侧弯表面存在缺陷应以较严重一测为拉伸面。
⑤影响弯曲试验的三个主要因素是：试样的宽与厚之比、弯曲角度和弯轴直径。
5）冲击试验
此设备属于承压、承重部件，应进行冲击试验。
6）硬度试验
焊缝和热影响区的硬度不应低于硬度值的90％，不超过母材布氏硬度加100HB，经实测后硬度值符合标准要求，结果如如表5所示。
7）焊后进行外观检验合格后，按J B 4 7 3 0 -2 0 0 5 标准进行100 ％RT检测，结果符合J B 4 7 3 0 - 2 0 0 5《承压设备无损检测》标准的I级要求。
进行100 ％PT检测，结果符合J B 4 7 3 0 - 2 0 0 5《承压设备无损检测》标准的I级要求8）试样经理化试验后，力学性能检验结果如表6 所示。
以上数据完全达到标准所规定的要求，表明此焊接工艺完全能获得优良的焊接质量。
表5硬度试验结果
根据这次焊接工艺评定试验，我们编制了焊接工艺运用到设备上，并对车间进行了焊接跟踪。
焊缝施焊完后进行了100 ％R T，结果符合J B 4 7 3 0-2 0 0 5《承压设备无损检测》标准的Ⅱ级要求。
产品试板也进行了力学性能试验，结果也符合要求。
因此满足了该容器的质量要求。
参考文献：JB4708-2000，JB/T4709-2000附录A不锈钢复合钢焊接规程，GB150-1998，《容规》。
