压力容器制造中双相钢S22053与碳钢Q345R的焊接工艺

第 52 卷第 2 期2015 年 4 月化　工　设　备　与　管　道PROCESS EQUIPMENT & PIPINGVol. 52　No. 2Apr. 2015

Q345R钢是低合金高强度结构钢，是目前我国

用途最广、用量最大的压力容器专用钢材，具有良

好的综合力学性能和工艺性能，适合于重要的焊接

结构，特别是压力容器。SAF2507为超级双相钢，

具有铁素体和奥氏体的双重性，既具有铁素体不锈

钢的导热系数大、耐点蚀、缝隙腐蚀及氯化物应力

腐蚀的特点，又具有奥氏体不锈钢抗晶间腐蚀、力

学性能、焊接性能良好的特点。本文以Q345R δ=20

mm，SAF2507超级双相钢δ=20 mm为例，着重论述

Q345R与SAF2507超级双相钢焊接方法及保证焊接

质量的措施。

1 Q345R，SAF2507超级双相钢的特性分析

Q345R为低合金钢，焊接性良好。其化学成分

与力学性能如表1、表2所示。

SAF2507为超级双相钢，铬、镍、钼、氮含量较高，

耐蚀性较强与屈服强度高，兼具奥氏体不锈钢与铁素

体不锈钢特点，其化学成分与力学性能见表3、表4。

对比上述表格可得，SAF2507与Q345R虽然化Q345R与SAF2507超级双相钢焊接及质量控制

杨平平

（中石化集团南京化学工业有限公司化工机械厂，南京 210048）

摘 要：对国内应用较少、耐蚀性强的SAF2507超级双相钢的特点进行分析，对比Q345R与SAF2507焊接性，参考异种钢焊接，利用舍弗勒图选取合适焊材。针对Q345R与SAF2507超级双相钢焊接进行试验分析并归纳其焊接工艺，提出了防止缺陷产生的焊接方法和保证焊接质量的措施。关键词：Q345R； SAF2507；异种钢焊接；焊接质量；措施中文分类号：TQ 050.4+1；TH 142 文献标识码：A 文章编号：1009-3281（2015）02-0030-004

收稿日期：2014-07-25作者简介： 杨平平（1989—），男，江苏南京人，工程师。主要从事压力容器焊接工艺工作。学成分相差较大，但其伸长率相近，即其热膨胀性相

Q345R+S31603不锈钢复合板焊接工艺

不锈钢复合板因其优异的耐腐蚀性及经济性，在海洋工程中使用的比重不断加大。但不锈钢复合板其基层金属和覆层金属的材料性质各异，差别巨大，在进行焊接作业时有颇多困难。为得到较高质量的焊缝，文章从化学元素、焊材选择、坡口设计、焊接顺序、焊接工艺参数和预热及层温6个关键因素进行分析研究，制定出Q345R+S31603不锈钢金属复合板焊接工艺，并对现场施工过程中需要控制的重点方面作出了明确要求。

标签：焊接工艺与设备；复合板；不锈钢；工艺

1 复合板简述

金属复合板是指在不降低使用效果（防腐性能、机械强度等）的前提下，在一层金属板上覆以另外一种金属板，两种板材间使用爆炸焊接的方式形成金属间的键合，是一种固相结合。相比使用碳钢板材，不锈钢复合板耐腐蚀性能优于碳钢板材，可延长设备在海洋环境中的服役年限；相比纯不锈钢板材，使用复合板可大大降低成本费用。选用复合板作为主材实现了设计可靠性、安全性及节约资源、降低成本的目的。

Q345R+S31603不锈钢金属复合板，基层使用Q345R板材（GB713-2008），覆层使用S31603不锈钢板材（GB24511-2009），由复层保证耐蚀性能，基层保证强度要求。见图1。

2 制定焊接工艺

Q345R+S31603不锈钢金属复合板焊接，如果使用的焊接工艺不合理，容易导致焊缝缺陷、降低焊缝的力学性能和抗腐蚀性能，为此作者对6个关键因素分别进行了阐述，制定出了较为优化合理的工艺。

2.1 化学元素分析

根据GB713-2008《锅炉和压力容器用钢板》和GB24511-2009《承压设备用不锈钢钢板及钢带》规定，Q345R和S31603的化学成分差别较大，除常见的基本原素C、Si、Mn、P、S外，022 Cr17 Ni12 Mo2（S31603）还含有一定比例的Ni和Cr元素，其中Cr是决定不锈钢属性的元素，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。Ni是钢中形成奥氏体的元素，加入Ni元素后，不锈钢的耐腐蚀性能及工艺性能得到了改善。

S30408 + Q345R不锈钢复合板制压力容器的焊接工艺

摘要：通过对不锈钢复合板焊接特点的分析、焊接坡口及方法的选择、焊接工艺评定以及最终焊缝质量的检验，总结得出采用埋弧焊+焊条电弧焊组合焊接方法完全能够保证S30408+Q345R不锈钢复合板焊接接头质量，并简要介绍了埋弧焊+焊条电弧焊组合焊接不锈钢复合板工艺要点。

关键词：不锈钢复合板；焊接性；焊接工艺；焊接接头质量

不锈钢复合板是由复层（不锈钢）和基层（碳钢、低合金钢等）复合轧制而成的双金属，复层保证耐蚀性能，强度主要靠基层获得。通常复层厚度占钢板总厚度的10%~20%左右，与不锈钢板相比，成本费用可节省70%左右，具有很大的经济效益。近年来，随着不锈钢复合板制造工艺的日趋成熟，使得不锈钢复合板的价格也在逐步下降，不锈钢复合板由于具有良好的综合性能（如强度、塑性、硬度、耐磨性及耐腐蚀性等）和价格优势，从而使其越来越广泛的应用于腐蚀性要求较高的设备，在石油化工、制药、食品工业等领域得到日益广泛的应用。不锈钢复合板的焊接既不同于不锈钢，也不同于碳钢或低合金钢，而有其特点和难点，特别是对过渡层及复层的焊接质量要求很高。

某化工设备制造厂先后制造了几台不锈钢复合板制压力容器，主体材质为S30408+Q345R，在制造过程中通过查阅资料对其焊接性进行仔细分析以及深入的工艺探讨，并通过生产实践获得了一些宝贵的不锈钢复合板焊接经验，现将此不锈钢复合板制压力容器的制造及焊接工艺介绍如下：

1、设备主体结构及材质

本设备为一台卧式储罐设备，容器类别Ⅱ类；设计压力为1.9Mpa；设计温度190℃；介质为甲苯、甲苯酸等，焊接接头系数1；腐蚀裕量0；焊接接头检测比例：筒体及封头100%RT；复层100%PT。 容器规格DN1600x（3+14），主体材质为S30408+Q345R不锈钢复合板。

2、不锈钢复合板焊接特点

复层主要是保证耐蚀性能，中间增加的过渡层是为了满足焊接工艺的需要。对基层和复层分别焊接；除了基层和复层的焊接外，过渡层的焊接是不锈钢复合板焊接的主要特点。过渡层的焊接属于异种钢焊接，如果焊接方法或者工艺参数选择不当，基层焊接可能熔化不锈钢复层导致合金元素渗入。综上，不锈钢复合板在保证基层和复层各自焊接接头质量的基础上不能相互影响，过渡层焊接须采用合适的铬镍不锈钢焊材、合适的焊接参数等工艺措施来保证得到合格的双相组织焊缝。

山东鲍德金属复合板有限公司

1 2205+Q235B不锈钢复合板的焊接工艺规程

一、焊接工艺的选择

1、覆层焊接工艺的选择

双相不锈钢2205 具有良好的焊接性，但双相不锈钢2205 中具有较高的铁素体，当拘束度较大及焊缝金属含氢量较高时，存在焊接氢致裂纹的危险，因此，焊接材料选择与焊接过程中应严格控制氢的来源，选用钨极惰性气体保护焊的方法进行双相不锈钢2205 的焊接，其特点是焊接质量优良。为了平衡焊缝金属中的相比例，应选择比母材2205 具有更高奥氏体形成元素的填充材料，通常是增加焊丝中Ni 和N 的含量，因此，根据母材2205 的化学成分，确定选用ER2209 焊丝，直径2.0mm。双相不锈钢复板2205和焊丝ER2209化学成分见表1。

2、基层焊接工艺的选择

基层材料为Q235B,焊接方式及焊材可选用多种方式，如选用焊条 J422 或J427，埋弧焊焊丝 H08A 焊剂 HJ431， 氩弧焊：焊丝H08Mn2Si，CO2保护焊H08Mn2Si。焊接基层焊道不得触及和熔化复材，先焊基材时，其焊道根部或表面，应距复合界面1-2mm。焊缝余高应符合有关标准的规定。

3、坡口形式及尺寸的选择

由于填充材料ER2209 具有更高的奥氏体形成元素含量，对优化焊缝金属中的奥氏体、铁素体的比例起着很大作用，因此应保证焊缝金属中的填充材料比例尽可能高，减少熔合比，并考虑到加工的便利及厚度较薄（2+6mm），建议采用采用V 型坡口，接头的坡口角度和间隙需较大些，无钝边，坡口形式及尺山东鲍德金属复合板有限公司

2 寸见表2。坡口加工一般采用机械方法制成。若采用等离子切割、气割等方法开制坡口，则必须去除复材表面的氧化层，加工完的坡口要进行外观检查，不得有裂纹和分层，否则应进行修补。

二、焊接操作规范

（一）焊前准备

1、下料

1.1划线应在清洁的木板或光洁的平台上进行，加工过程中不能去除的复合钢板材料表面严禁用钢针划线或打冲印。