不锈复合钢制压力容器的焊接工艺.pdf

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26?工艺与新技术
焊接技术第35卷第6期2006年12月
文章编号:1002-025X(2006)06-002603
不锈复合钢制压力容器的焊接工艺
王占英1,2,李桓,张永清2
(1.天津大学材料科学与工程学院,天津300072;2.河北建筑工程学院,河北张家口075024)
要:通过对不锈复合钢板的接性分析及接工艺评定,明了用条电弧焊完全能保远不合铜板焊接接头质量,并評介
绍了条电弧焊的工艺要点。
关键词:复合钢板;辉接工艺;焊接质量
中图分类号;TC44.1文标识码:B
随着科学技术和现代工业的发展,对各种设备及部件提出2.5MPa;设计温度200℃;介质:管程为柴油,壳程为原料
了各种各样的性能要求,如强度、塑性、硬度、导热性、耐磨油;焊接接头系数:管程为1.0,壳程为0.85;腐蚀裕量:管程
性、耐腐蚀性等,使得很难找到一种材料既经济又能全面满足为0mm,売程为3mm;焊接接头RT检测比例:管程100%
这些使用要求。为此,可以采用复合材料来制造有特殊性能要壳程20%;复层100%渗透检测;容器类别为Ⅱ类。
求的设备,这样既可充分发挥不同材料的作用,又能节省大量
设备主材为16MnR+316L复合板,厚度为(14+3)mm
的贵重材料,大大降低成本,获得良好的经济效益。上世纪90其结合率应符合JB4733-1996《压力容器用爆炸不锈钢复合
年代以来,由于不锈复合钢板制造工艺的日臻完善,其价格逐钢板〉BI级标准,即结合率为100%,且应逐张进行超声波
步降低,从而使不锈复合钢板越来越广泛地应用于耐腐蚀性要探伤。
求较高的设备上,在石油化工、制药、食品、冶金、核工业等
领域都有大量应用。不锈复合钢板由复层(不锈钢)和基层2不锈复合钢板的焊接特点
(碳钢或低合金钢)组成。通常复层厚度占钢板总厚度的10%
不锈复合钢板的基层主要满足结构强度和刚度的要求,复
20%,与单独采用不锈钢相此,可节省费用65%~75%,具有层满足耐蚀、耐磨等特殊性能的要求。由于基层与复层是由2
很大的经济效益。不锈复合钢板的热导率是单体不锈钢的1.5~种化学成分、力学性能差别很大的金属复合而成,焊接时应对
2倍,因此特别适用于制造既要求传热效率高,又要求耐腐蚀基层和复层分别进行焊接。而过渡层的焊接属于异种钢的焊
的换热设备,在石化行业中应用特别广泛。
接,其焊接性能要兼顾基层和复层2种钢材的性能。如果焊材
张家口某石化设备制造公司先后制造了10多台不锈复合钢或焊接工艺参数选择不当,往往由于基层焊接时可能熔化不锈
板压力容器。在不断的实践探索中,获得了一些宝贵的不锈复钢复层使合金元素渗入,而导致基层组织严重脑化,塑性和韧
合钢制压力容器焊接经验。现介绍其中1台不锈复合钢板换热性下降,甚至产生裂纹。在复层焊接时,可能会造成焊缝严重
器的制造及焊接工艺。
稀释,降低其塑性及抗晶间腐蚀性能。根据舍夫勒组织图和焊
接实践经验:过渡层的焊材必须采用高铬、高镍不锈钢焊材,
1设备结构及主体材料
才能在正常焊接参数下,得到双相组织的焊缝,避免大量马氏
柴油原料油换热器分管程和売程2部分(图1),设计压力体组织的产生,防止产生焊接冷裂纹。同时要严格控制焊接热
输入,使碳钢或低合金钢基层一侧的熔深较浅,以减少焊缝金
属的稀释和基层合金化。
总之,为防止出现上述2种不良后果,基层和复层的焊缝
金属不能相互影响,在基层和复层材料之间必须采用过渡层的
方法。
管箱
壳体支座
管東
浮头益外头盖
3不锈复合钢板焊接工艺
图1柴油原料油换热示图
通过查阅有关焊接资料及进行焊接性试验,按JB470
收稿日期:2006-03-20;修回日期:2006-10-25
2000《钢制压力容器焊接工艺评定》、SHT3527-1999《石油
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Weldingtechnology ol.35 No6 Dec 2006
工艺与新技术?27
化工不锈复合钢板焊接规程》进行了焊接工艺评定,对接焊缝层焊缝的质量,所以错边量以不超过0.5m为宜。
焊后RT探伤、力学性能试验、晶间腐蚀试验、金相试验等项3.4.3定位焊
目均符合相关标准的规定。以焊接工艺评定结果作为制定产品
对接焊时,只允许在基层用F5015焊条进行点焊。点焊工
施焊工艺的依据。
装夹具也只能焊在基层一,材质与基层相同,用F5015焊条
3.1焊接方法
焊接。去除工装时,不能损伤基层金属,并将焊接处打磨光
不锈复合钢板的焊接方法很多,如焊条电弧焊、埋弧焊、滑
钨极氬弧焊、药芯焊丝CO2气体保护焊等焊接方法都比校成3.5焊接工艺参数
熟。本台换热器的管箱和浮头盖属于复合材料,其焊接空间不
不锈复合钢板焊接工艺参数见表1。电流极性均为直液反
大,直焊缭短,且可以进行双面焊,因此焊条电弧焊的方法比接。
较实用。这样既能保证焊接质量,又能降低成本,而且灵活方
焊道
焊材及規格焊接电液{电电压1焊接遠度
"n在
便,不受工件形状、焊接位置的限。
层打底焊
B5015,9.21110-12017~19
14-15
3.2焊接材料的选用
基层填充、登面焊「B015,4.01160-18018-21
14-16
根据基层等强度及复层保证耐蚀性的原刘选择焊材:基
过层
E309MoL-16,邮2290-11017-18「13-15
层16MmR焊条电弧焊选用E5015焊条,32mm及4.0m;
层
E316-16,32「90-110117-18
13-15
复层316L(奥氏体型)焊条电弧焊选用E316L-16焊条,小3.2
m;过渡层用焊材应考虑基层金属对复层不锈钢的稀释作
用,合金成分应比母材成分高25%左右,选用E309MoL-16焊4接工艺点
条,3.2m。
(1)焊接顺序如图2所示,正式焊接时,先焊基层,再焊
3.3焊接设备及工作环境
过渡层,最后焊复层。基层的焊接先从内例开始,焊完后从外
采用直流焊机,基层、过渡层、复层3种焊缝都采用焊条侧清根再进行盖面焊。焊接时要避免将基层焊焊到复层上,
电弧焊。所用的钢丝刷、扁铲等工具都必须是由不锈钢制成要严格控制基层与过渡层的间距,即焊过渡层前基层要留15-
的。焊接环境温度应高于0℃,焊接现场必须有防风施。
2.0mm的余量,否则羏响基层、过渡层焊缝质景或降低复层塑
3.4焊接坡口和接头组对
性和耐烛性。
3.4.1坡口
(2)严格控制层间温度,基层及焊道间温度均≤200℃,
选择不锈复合钢板的坡口形式时,应充分考虑过渡层的焊应控制过渡层、复层的道间温度≤60℃
接特点,应先焊基层,再焊过渡层,最后焊复层,应尽量减少
(3)合理设计焊接坡口,在保证焊透的情况下、尽量减少
复层的焊接量,要避免复层焊缝多次重复受热,以提高复层焊填充金属量,减小熔合比,将焊缝的稀释率控制在30%以内。
缝的耐腐蚀性能,同时可减小没备内部的铲磨工作量,所以选
(4)过渡层的焊接要采用小电流、直流反接、直道多道
择了如图2所示的坡口形式。用等离子弧切割坡口,切割时复
焊,以降低对复层的希释。
层朝上。加工完