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摘 要：本文结合具体的工程实际，通过对复合钢板焊接性能分析，提出相应措施以避免缺陷产生。
一、前言
在大连石化公司新建的27万吨/年硫磺回收联合装置项目中，我公司承揽其中酸性水汽提、溶剂再生和液流存储单元设备安装工程的建设任务。其中再生塔（C-2201Ⅰ/Ⅱ）、主汽提塔（C-2301Ⅰ/Ⅱ）四台设备为复合钢板材质（20R+00CR19NI10），由于设备本身体积、重量、安装高度无法实现整体运输和整体安装，需分筒节到货，现场进行设备安装、焊接。
二、焊接特性分析
复合钢板（20R+00CR19NI10）属奥氏体复合钢板，复合钢板的化学成分和力学性能比较复杂。不锈钢复合钢板的基层和复层在化学成分和力学性能等方面有较大的差异，其所使用的焊接材料也同样存在较大的差异。因此，焊接时稀释作用强烈，使得焊缝中奥氏体形成元素减少，含碳量增多，增大结晶裂纹的倾向，焊接熔合区可能出现马氏体组织，而造成硬度、脆性增加；同时由于基层与复层的含Cr量差别较大，促使碳向复层迁移扩散，而在其交界处焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层，加剧熔合区的脆化或另一侧热影响区的软化。为有效地防止稀释和碳迁移，要在基层和复层之间加一“隔离层”即过渡层。过渡层材料的选择是否正确，工艺是否得当，直接影响着焊接工作的成败。因此可以说，复合钢板容器组对安装的关键是焊接问题，而焊接工作的关键又是过渡层的焊接。
三、焊接工艺
1.焊接方法
1.1为了保证了复合钢板（20R+00CR19NI10）原有的综合性能，应对基层、过渡层和复层分别进行焊接。
1.2由于主汽提塔C-2301Ⅰ/Ⅱ直径较小，为φ2400mm。故基层、过渡层、复层均采用焊条手工电弧焊。
2.焊缝坡口形式
坡口开在复层侧，同时预先去除部分复层材料，使基层与复层完全分开，可避免在焊基层时可能会熔掉复层材料的弊端，从结构上保证焊接质量。焊接时应注意以下几点：（1）遵循先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层的焊接顺序。（2）过渡层焊接应采用小直径焊条，并采用小参数反极性进行直道焊，以降低基层对过渡层焊缝的稀释作用。
3.焊接材料的选择
3.1基层的焊接材料选用J427焊条；
3.2过渡层的焊接材料选用A302焊条，以保证补充基层对复层造成的稀释，同时为更好地保证焊接接头的防腐蚀的要求。
3.3复层的焊接材料选用A002焊条，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。
4.焊接施工
4.1焊接前准备。 a. 组对时应以复层为基准对齐，错边量为不大于1.5mm，不允许采用打磨复层金属的方法来减小错边量。定位焊一定要焊在基层金属上，不允许用不锈钢焊条在基层上定位焊。 b. 焊前应清理坡口及其两侧内外表面20mm范围内的水、油、锈及渣等污物。
4.2按焊接工艺评定确定的焊接工艺参数，选用培训合格的焊工进行焊接施工，并采取相应的技术措施。
4.3基层的焊接用焊条J427Φ3.2打底， 打底时一定要控制焊接线能量， 打底焊道不得触及和熔化复层金属；打底完成后用焊条J427Φ4.0填充、盖面。
4.4过渡层即基层距复合界面 2mm 和复层距复合界面 1mm 之间部分。过渡层焊接时，在保证熔合良好的前提下，尽量减少基材金属的熔入量，即降低熔化比。为此，应采用较小直径的焊条或焊丝及较小的焊接线能量，多焊道焊接。
4.5焊接复层前，必须将过渡层焊缝表面和坡口边缘清理干净。复层焊缝表面应尽可能与复材表面保证平整光滑。 对接焊缝的余高应不大于 1.5mm。 注意事项： a. 严格按照图纸、焊接工艺和相关标准施焊。b. 筒体组对以覆层为基准，防止覆层错边量超标。要求纵缝错边量不大于1 mm，环缝 错边量不大于1.5 mm。c. 施焊前，在坡口内及两侧各150mm范围内刷涂防飞溅防污剂，焊缝要用酸洗膏进行酸洗钝化，最后用清水擦洗干净。
5.焊接实施和注意事项
5.1焊接时，严格按评定合格的焊接工艺进行。
5.2焊接基层时不得熔化复层，复层金属熔入基层焊缝会产生焊接裂纹，且焊接基层时不得将基层金属沉积在复层上。
5.3基层钢板侧尽量选用抗裂性能较强的碱性焊条。
5.4合理选择过渡层的焊接材料，过渡层的填充金属必须能允许基层的防污剂。
5.5为减小基层对过渡层的稀释，过渡层焊接应尽量选用小直径焊条，采用小电流、快速焊。
5.6过渡层的焊接采用反极性、直线运条和多道焊。
5.7为0.5～1.5mm。
5.8为防止重复加热使焊缝的抗蚀性能降低，复层焊缝应在最后焊接。
5.9复层的焊接应采用多道焊，层间温度控制在60℃以下。
5.10壳体复层焊缝表面应磨平，余高控制在0.5mm以下。
5.11合理制定T形焊接接头处基层与过渡层焊缝焊接程序，即为避免纵缝端部的过渡层焊缝熔入环向基层焊缝中，要求纵缝两端部附近的过渡层和复层焊缝，必须在环向基层焊缝焊完后再焊接。
5.12不锈钢接管与复合钢板壳体的焊接，应先用过渡层焊A302填满坡口，最后用A002进行复层焊接。
5.13点固焊仅应在基层金属坡口内进行，复层金属上不得焊接任何临时性工卡具，点固焊的焊道长度应在30～50mm，焊道应有足够的强度，点固焊焊接宜采用回焊法，使引弧和熄弧均在焊道内。
6.检验
6.1在基层焊接完毕之后，过渡层与复层焊接之前，对基层进行射线探伤检查。发现超 标缺陷，立即进行返修。返修完毕并经射线探伤检查合格后，将复层侧的基层焊缝表面 打磨平整，再经过100%渗透探伤检查合格后，方可焊接过渡层和复层。
6.2过渡层和复层 焊接完毕后，再进行100%渗透探伤检查。
6.3设备制造完毕后，按设计要求进行壳程的水压试验。
6.4设备试压用水的氯离子浓度测试，不大于25mg/L为合格。
四、焊接难点及解决方案
1.焊接基层时，由于板厚较大，焊接接头承受有较大的拘束应力；在焊接热循环的作用下，热影响区易产生马氏体淬硬组织，使焊接接头硬度和脆性增加，韧性和塑性显著降低。这些因素都会导致焊接裂纹的产生。为了有效预防焊接裂纹的产生，可采取的措施有：选用低氢型焊条；焊条使用前按 要求进行烘干；仔细清理坡口表面水、油、锈等杂质；选择合理的焊接工艺参数，如焊前预热、焊后缓冷、采取多层多道焊、控制层间温度等；选择合理的施焊顺序，以减小焊接应力等。
2.在用不锈钢焊条（A002）焊接复层时，易熔化基层，使焊缝金属成分稀释，从而降低焊缝金属的塑性及耐蚀性，熔合区的脆性明显增加。因此，焊接复层时，一定要 控制焊接线能量，采用多层多道焊，以减小焊接熔深。
3.在用奥氏体钢焊条（A302）焊接过渡层时，焊缝易产生热裂纹。同时，过渡区会发生碳的迁移过程：即碳由低铬的基层向高铬的不锈钢熔敷金属转移，困此， 基层和复层的交界处形成高硬度的增碳层和低硬度的脱碳层，引起熔合区的脆化（或软化），持久强度降低，易产生疲劳裂纹。宜采用小直径焊条，快速多道焊，必要时可采用浇冷水的方法以加速冷却，阻止脱碳层的形成，使焊接接头具有高的强度和韧性。
一、前言
在大连石化公司新建的27万吨/年硫磺回收联合装置项目中，我公司承揽其中酸性水汽提、溶剂再生和液流存储单元设备安装工程的建设任务。其中再生塔（C-2201Ⅰ/Ⅱ）、主汽提塔（C-2301Ⅰ/Ⅱ）四台设备为复合钢板材质（20R+00CR19NI10），由于设备本身体积、重量、安装高度无法实现整体运输和整体安装，需分筒节到货，现场进行设备安装、焊接。
二、焊接特性分析
复合钢板（20R+00CR19NI10）属奥氏体复合钢板，复合钢板的化学成分和力学性能比较复杂。不锈钢复合钢板的基层和复层在化学成分和力学性能等方面有较大的差异，其所使用的焊接材料也同样存在较大的差异。因此，焊接时稀释作用强烈，使得焊缝中奥氏体形成元素减少，含碳量增多，增大结晶裂纹的倾向，焊接熔合区可能出现马氏体组织，而造成硬度、脆性增加；同时由于基层与复层的含Cr量差别较大，促使碳向复层迁移扩散，而在其交界处焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层，加剧熔合区的脆化或另一侧热影响区的软化。为有效地防止稀释和碳迁移，要在基层和复层之间加一“隔离层”即过渡层。过渡层材料的选择是否正确，工艺是否得当，直接影响着焊接工作的成败。因此可以说，复合钢板容器组对安装的关键是焊接问题，而焊接工作的关键又是过渡层的焊接。
三、焊接工艺
1.焊接方法
1.1为了保证了复合钢板（20R+00CR19NI10）原有的综合性能，应对基层、过渡层和复层分别进行焊接。
1.2由于主汽提塔C-2301Ⅰ/Ⅱ直径较小，为φ2400mm。故基层、过渡层、复层均采用焊条手工电弧焊。
2.焊缝坡口形式
坡口开在复层侧，同时预先去除部分复层材料，使基层与复层完全分开，可避免在焊基层时可能会熔掉复层材料的弊端，从结构上保证焊接质量。焊接时应注意以下几点：（1）遵循先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层的焊接顺序。（2）过渡层焊接应采用小直径焊条，并采用小参数反极性进行直道焊，以降低基层对过渡层焊缝的稀释作用。
3.焊接材料的选择
3.1基层的焊接材料选用J427焊条；
3.2过渡层的焊接材料选用A302焊条，以保证补充基层对复层造成的稀释，同时为更好地保证焊接接头的防腐蚀的要求。
3.3复层的焊接材料选用A002焊条，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。
4.焊接施工
4.1焊接前准备。 a. 组对时应以复层为基准对齐，错边量为不大于1.5mm，不允许采用打磨复层金属的方法来减小错边量。定位焊一定要焊在基层金属上，不允许用不锈钢焊条在基层上定位焊。 b. 焊前应清理坡口及其两侧内外表面20mm范围内的水、油、锈及渣等污物。
4.2按焊接工艺评定确定的焊接工艺参数，选用培训合格的焊工进行焊接施工，并采取相应的技术措施。
4.3基层的焊接用焊条J427Φ3.2打底， 打底时一定要控制焊接线能量， 打底焊道不得触及和熔化复层金属；打底完成后用焊条J427Φ4.0填充、盖面。
4.4过渡层即基层距复合界面 2mm 和复层距复合界面 1mm 之间部分。过渡层焊接时，在保证熔合良好的前提下，尽量减少基材金属的熔入量，即降低熔化比。为此，应采用较小直径的焊条或焊丝及较小的焊接线能量，多焊道焊接。
4.5焊接复层前，必须将过渡层焊缝表面和坡口边缘清理干净。复层焊缝表面应尽可能与复材表面保证平整光滑。 对接焊缝的余高应不大于 1.5mm。 注意事项： a. 严格按照图纸、焊接工艺和相关标准施焊。b. 筒体组对以覆层为基准，防止覆层错边量超标。要求纵缝错边量不大于1 mm，环缝 错边量不大于1.5 mm。c. 施焊前，在坡口内及两侧各150mm范围内刷涂防飞溅防污剂，焊缝要用酸洗膏进行酸洗钝化，最后用清水擦洗干净。
5.焊接实施和注意事项
5.1焊接时，严格按评定合格的焊接工艺进行。
5.2焊接基层时不得熔化复层，复层金属熔入基层焊缝会产生焊接裂纹，且焊接基层时不得将基层金属沉积在复层上。
5.3基层钢板侧尽量选用抗裂性能较强的碱性焊条。
5.4合理选择过渡层的焊接材料，过渡层的填充金属必须能允许基层的防污剂。
5.5为减小基层对过渡层的稀释，过渡层焊接应尽量选用小直径焊条，采用小电流、快速焊。
5.6过渡层的焊接采用反极性、直线运条和多道焊。
5.7为0.5～1.5mm。
5.8为防止重复加热使焊缝的抗蚀性能降低，复层焊缝应在最后焊接。
5.9复层的焊接应采用多道焊，层间温度控制在60℃以下。
5.10壳体复层焊缝表面应磨平，余高控制在0.5mm以下。
5.11合理制定T形焊接接头处基层与过渡层焊缝焊接程序，即为避免纵缝端部的过渡层焊缝熔入环向基层焊缝中，要求纵缝两端部附近的过渡层和复层焊缝，必须在环向基层焊缝焊完后再焊接。
5.12不锈钢接管与复合钢板壳体的焊接，应先用过渡层焊A302填满坡口，最后用A002进行复层焊接。
5.13点固焊仅应在基层金属坡口内进行，复层金属上不得焊接任何临时性工卡具，点固焊的焊道长度应在30～50mm，焊道应有足够的强度，点固焊焊接宜采用回焊法，使引弧和熄弧均在焊道内。
6.检验
6.1在基层焊接完毕之后，过渡层与复层焊接之前，对基层进行射线探伤检查。发现超 标缺陷，立即进行返修。返修完毕并经射线探伤检查合格后，将复层侧的基层焊缝表面 打磨平整，再经过100%渗透探伤检查合格后，方可焊接过渡层和复层。
6.2过渡层和复层 焊接完毕后，再进行100%渗透探伤检查。
6.3设备制造完毕后，按设计要求进行壳程的水压试验。
6.4设备试压用水的氯离子浓度测试，不大于25mg/L为合格。
四、焊接难点及解决方案
1.焊接基层时，由于板厚较大，焊接接头承受有较大的拘束应力；在焊接热循环的作用下，热影响区易产生马氏体淬硬组织，使焊接接头硬度和脆性增加，韧性和塑性显著降低。这些因素都会导致焊接裂纹的产生。为了有效预防焊接裂纹的产生，可采取的措施有：选用低氢型焊条；焊条使用前按 要求进行烘干；仔细清理坡口表面水、油、锈等杂质；选择合理的焊接工艺参数，如焊前预热、焊后缓冷、采取多层多道焊、控制层间温度等；选择合理的施焊顺序，以减小焊接应力等。
2.在用不锈钢焊条（A002）焊接复层时，易熔化基层，使焊缝金属成分稀释，从而降低焊缝金属的塑性及耐蚀性，熔合区的脆性明显增加。因此，焊接复层时，一定要 控制焊接线能量，采用多层多道焊，以减小焊接熔深。
3.在用奥氏体钢焊条（A302）焊接过渡层时，焊缝易产生热裂纹。同时，过渡区会发生碳的迁移过程：即碳由低铬的基层向高铬的不锈钢熔敷金属转移，困此， 基层和复层的交界处形成高硬度的增碳层和低硬度的脱碳层，引起熔合区的脆化（或软化），持久强度降低，易产生疲劳裂纹。宜采用小直径焊条，快速多道焊，必要时可采用浇冷水的方法以加速冷却，阻止脱碳层的形成，使焊接接头具有高的强度和韧性。