1、不锈钢复合钢焊接裂纹的探析【摘要】：随着石化装置大型化的趋势，出于对制造成本的控制，促使石油化纤设备的制造采用不锈钢复合钢材料。本文针对经常出现的复合钢焊接裂纹产生的原因进行了分析，提出了有针对性的焊接措施，可有效的避免焊接裂纹。 【关键词】：不锈钢复合钢焊接 裂纹 措施 中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号： 1 概况 不锈钢复合钢板是由不锈钢与其他钢种(如碳钢、低合金钢等)通过轧制、爆炸等方法复合而成的双金属板。这种材料同时具备了复层不锈钢和基层金属的特性，既有一定的强度，又有较好的抗腐蚀性能，同时又较大的降低了生产成本。因此，近年来不锈钢复合板在石化装置中得到了越来越多的
2、广泛应用。 我司承建的由中国昆仑工程公司设计的压力容器时采用了不锈钢复合钢板基层为 18mm 的 Q345R，复层为 3mm 的 S30408,制造方法是爆炸型。压力容器施工图中规定，焊接材料基层用 E4315（J427） ，过渡层用E309-16（A302）,复层用 E308-16（A102） ，焊缝位置示意见图 1。根据JB/T4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定的要求，我司对此种不锈钢复合钢进行工艺评定。在试板焊接时，当基层焊好后，用 A302 焊过度层时，发现焊接接头出现了很多放射状裂绞。 2 焊缝裂纹产生原因分析 2.1 该不锈钢复合板的基层和复层均是焊接性能较好的材料，在单一
3、钢种焊接时，一般不会出现裂纹。此次焊接属于异种金属的焊接，并且形成的过渡层焊缝成分、组织更加复杂。不锈钢复合钢是由化学成分和物理性能有很大差异、焊接性也有重大差别的两种钢材复合而成的，因而不可能用单一焊材和焊接工艺进行焊接。焊接时，应对基层和复层区别对待。如果单独采用适合于基层的焊材和焊接工艺，则焊接复层时焊缝会出现马氏体组织，不仅力学性能、耐蚀性能等使用性能不能满足材料要求，还容易产生焊接裂纹。由于基层焊缝对复层焊缝的稀释作用，因此设置一个合理的过渡层，即有一个合理的坡口形式，则有利于减少过渡焊缝金属的稀释率。 2.2 由于复合板多为采用爆炸法进行复合的，在复合过程中，因为工艺因素的影响，复
4、合板的四周边缘位置往往是缺陷集中、应力集中的区域，如化学成分不均匀、分层，特别是裂纹集中的地方。而焊缝处在复合板的边缘位置，由于焊接冶金过程的影响，有可能产生焊接裂纹。 2.3 基层用钢(主要为碳钢、低合金钢)与复层用钢(主要为奥氏体不锈钢)的物理性能有较大差异。由于奥氏体不锈钢的导热系数较低（仅为基层的 50%） ，高的电阻（为基层的 4 倍） ，热膨胀系数较大（为基层的 1.3倍） ，焊接接头在冷却过程中，奥氏体钢比基层金属收缩变形大，而基层金属却强烈束缚着过渡层金属的收缩。在焊缝方向上，过渡层受拉应力作用。如果过渡层存在硬脆的马氏体组织，在热应力的作用下，很容易产生裂纹，马氏体组织越多，
5、焊缝裂纹敏感性越强。 2.4 焊接基层用的 E4315 焊条，是低氢纳（碱性）焊条，虽然产生氢裂的危险小，但抗拉强度较小。根据 JB/T4709-2000 的规定，焊接 Q345R时推荐使用 E5015（J507）焊条。 2.5 冷却速度不当，熔合比没有控制好，也是不锈钢产生热裂纹的重要因素。 2.6 由于焊工自身的技术水平问题，焊接操作时运条不平稳，没有控制基层焊缝高度和宽度，使基层高出了复合界面，或者复层母材熔入基层焊缝。如果基层焊缝偏高，则过渡层焊缝厚度会减小，焊接复层时由于焊接电流大而熔透过渡层，会造成复层金属熔入基层焊缝，这些都会造成更复杂成分和组织的焊缝，易形成裂纹。 3 防止措施
6、 依据上述分析及相关焊接技术规范、标准，并进行了一系列的对比试验，遂作出如下调整： 3.1 焊接方法可采用焊条电弧焊、埋弧焊。但靠近复合界面的基层焊缝、过渡层焊缝和复层最好选用焊条电弧焊复层。如果使用埋弧焊等大线能量的焊接方法焊接，焊接工艺不易控制，焊接时容易熔透过渡层焊缝，使过渡层金属、复层金属与基层金属相熔合，产生马氏体组织或更复杂的相而增大开裂倾向，同时不易保证复层的性能。 3.2 焊接不锈钢复合钢的复层之间焊缝及过渡层焊缝的焊工选取技术精湛的熟练焊工。这些焊工除取得锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则考试合格证，还必须按要求取得相应的耐蚀堆焊资格。 3.3 基层的焊接材料用 E501
7、5(J507),过渡层的焊接材料用 E309Mo-16（A312） ，因为 A312 焊条中含有铝，故比 A302 有更好的耐蚀，抗裂及抗氧化性能，而且焊接工艺性能良好，复层的焊接材料用 E347-16(A132)。3.4 复合钢焊接遵循先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层的焊接顺序。基层焊缝应打磨平整且检查合格后才能开始过渡层的焊接。在容器纵缝焊接时，应将过渡层和复层焊缝两端各留 30-50mm 不焊，待环缝基层焊接后，再将纵缝两端焊接成型。在实际施工中，往往将纵缝过渡层和复层一次焊满焊接环缝时，将纵缝端部的过渡层焊缝熔入了环向的基层焊缝，由于 T 型焊缝处焊接应力较其他处复杂，可能产生裂纹等缺
8、陷。因此，在不锈钢复合钢的容器制造时，纵缝 T 型焊缝处的焊接应特别加以重视。 3.5 选择合理的焊接工艺参数，如附表。 焊接工艺参数表： 3.6 采用合理的坡口型式，以减少复层金属的稀释率，如附图 2 加完的坡口进行外观检查，坡口不得有裂纹和分层的存在。坡口附近 20mm 范围应清理干净，不得又油污和锈蚀。施焊前须在不锈钢复合钢板复层坡口内及两侧各 100mm 范围内刷涂防飞溅涂料。 图 2 坡口型式 3.7 焊接基层时，应采用短弧焊，焊条不得触及和融化复层金属；基层焊道应距复合界面 1-1.5mm。 3.8 复层焊接前，必须将过渡层焊缝表面和坡口边缘清理干净。复层焊接时，采用不摆动快速焊，
9、并采用较小的焊接线能量。过渡层的厚度应控制在 2-3mm。严格控制过渡层和复层焊接的层间温度，一般不超过60为宜。 4 结束语 我公司承造的浙江桐昆恒邦制安工程 PTA 料仓（Q235B+0Cr18Ni9） 、酯交换反应器(Q345R +S30408)和浙江荣盛化纤制安工程酯交换反应器（Q345R+O6Cr19Ni10）等设备的制作现场组焊在不锈钢复合钢焊接时采取了有针对性的措施，未产生焊接裂纹。通过焊接实例证明，这些措施对控制焊接裂纹是有效的，为以后不锈钢复合钢的焊接积累了经验。 【参考文献】： 1、RX2010-01 浙江省工业设备安装集团有限公司杭州压力容器制造厂焊接工艺评定报告 2、JB/T4708-2000 钢制压力容器焊接工艺评定 3、JB/T4709-2007 钢制压力容器焊接规程 4、 焊接手册机械工业出版社 2003 5、GB/T13148-1991 不锈钢复合钢板焊接技术条件
