1、不銹復合鋼板中壓廢熱鍋爐的焊接與焊后熱處理工藝 研析潮道明吳冰雪(安徽盈創石化檢修安裝有限責任公司，安徽安慶246001)摘要：在中壓廢熱鍋爐制造中，大于等于50ram中厚低合金及鉻鉬鋼與奧氏體不銹鋼復合鋼板的焊接與焊后熱處理，工藝質量是一個比較難以控制的重要控制環節。特別是對接接頭敏化后的晶間腐蝕及冷彎性 能難以合格，也就是對接接頭的鐵素體含量及金屬第二相的分布狀態難以控制；以及操作者是否對焊接工 藝參數的嚴格控制和把握，是保證中厚低合金及鉻鉬鋼的不銹復合鋼板對接接頭耐晶問腐蝕性能的關鍵。關鍵詞：中厚不銹復合鋼板焊接工藝參數控制焊后熱處理鐵素體含量晶問腐蝕Stainless steeI sh

2、eet in the waste heat boiIer pressure weIding andpost we d heat treatment process ana I yz ngChao Dao-ming Wu Bingxue(Systech petrochemical repair install Anhui Co，Ltd，Anqing 24600 1)蟣妞蛐一慨吲k呲脅一釷一砒把簍淼羆黔慨一一一艙 吲薹一裟一 瞄一一一一一一一一 叩m阻降哪一一一一時B凱臟量 畔州州咄m婦邵一一一惝一一一一比刪蛐硎帆一一蚴船池：似叭淵一c量一蚍拙搬哪唧一一O 前言奧氏體不銹復合鋼板在石化及化工設備制

3、造中，用途越來越廣；特別是在石油化工及化 肥廠設備制造中用的最多。我公司最近為安慶石化化肥廠制造的中壓廢熱鍋爐，就是用奧氏 體不銹復合鋼中厚板制造的。由于中厚低合金容器板制造的容器，都需要進行焊后消除應力 熱處理，而復合層的奧氏體不銹鋼在此溫度下，正好是應避免的敏化溫度區；還有爆炸不銹 復合板本身缺陷及焊接因素的影響，存在復合界面焊縫碳鋼對不銹鋼焊縫的成分稀釋等問 題，都會使奧氏體不銹鋼焊接接頭的耐晶問腐蝕性能下降。因此，在不銹復合鋼壓力容器的 制造中，既要保證焊接應力的消除，又要保證晶間腐蝕性能合格，難度較大。目前國內壓力 容器制造企業都沒有很好的解決方法。通常做法：就是降低焊后熱處理溫度和

4、控制焊接線能 量。盡量避免65050。C范圍不銹鋼敏化溫度區；采用較低線能量的小電流快速焊之方法， 以及安排高級持證焊工施焊等。我公司也同樣采取上述方法，但還是不理想，出現個別試板76的晶問腐蝕試驗彎曲試樣出現裂紋不合格。通過質量分析會進行原因分析，并采取一些防范 措施，其它焊縫及少部分不合格焊縫經二次返修后質量完全符合晶間腐蝕試驗標準要求。接管焊接圖1接管焊接圖21中壓廢熱鍋爐的設計數據和制造、檢驗及驗收要求表1中壓廢熱鍋爐的設計數據和制造、檢驗及驗收要求 制造、檢驗及驗收要求設計數據容器類別三類換熱器類型BKU容器安全技術監督法規 壓力容器安全技術監察規程 項目殼程 管程 制造、檢驗與驗收

5、標準 GBl511999 設計壓力MPa 5540 換熱器管束級別I級最高工作壓力 MPa 4236 管子管板連接型式強度焊+貼脹設計溫度 270 495焊接工藝評定JB47082000最高(低)工作溫度(入口出口) 143252 460280焊接規程JB47092000工作介質工藝冷凝液l 變換氣。16Mn!挈工作介質特性”一酸性J507焊條CrMo鋼R307軍嫠霆霎不銹鋼A132管程數1 2牌號低合金鋼與不銹鋼A302換熱面積m24670堆焊層(面層過渡層)A132A302腐蝕裕量m020A、B類焊接接 一 殼程JB4730 94 100RTII 焊接接頭系數10101“。頭無損檢測管程J

6、B473094 100RTII 安裝環境室 外(標準合格殼程JB4730 94100UTI級別檢測復查管程JB473094100UTI容器不銹鋼表面處理去污、酸洗、鈍化率)檢查：無藍點為合格標準和JB473094簍慕簍登?材焊G接接頭晶間紫冀焊接接頭碳鋼100MTI表面檢測棚100PTI雩羹黛：問不銹鋼晶間腐蝕試驗方法一一。濺磊署囂蒜矗茄1、”“8“級別熱處理要求管箱、殼體組焊后及堆焊件分別進行消除應力熱處理試壓試驗壓力MPa殼程：813管程：813氣密性試驗壓力MPa殼程：55管程：4O其它要求和說明：1、所有管箱法蘭15CrMo及殼體法蘭16Mn等鍛件必須按JB47262000標準規定使用

7、狀態為正火加回火。2、管程接管與筒體的連接焊縫按JB473094進行100UT檢測，I級合格。3、所有受壓元件的連接縫及與非受壓元件相連接焊縫應進行100表面檢測，Q345R鋼和15CrMoR鋼100MTI級合格； 奧氏體鋼100PTI級合格；CrMo復合鋼坡口表面應進行100MTI級合格。4、晶間腐蝕試樣應經敏化處理后進行晶問腐蝕試驗，不得有裂紋產生。5、鉻鉬復合鋼管箱焊接接頭必須焊前預熱，焊后后熱；整體焊后熱處理溫度：鉻鉬復合鋼管箱加熱保溫溫度不得高于600；殼體加熱保溫溫度不得高于5502鍋爐主體材料奧氏體不銹鋼復合鋼板及鍛件的原始化學成分及機械性能21廢熱鍋爐主體設計材料規格 中壓廢熱

8、鍋爐為三類壓力容器，筒體材料、規格：Q345R+$32168，筒節：6=50+3 mm，封頭與錐段：6=55+3 mm。管箱材料、規格：15CrMo+$32168，6=34+6mrn，管箱及筒體 法蘭材料、規格：15CrMo+堆焊，6=34+6mm；16Mn+堆焊，6=52+6mm。管板材料： OCrl8Nil0Ti，管板厚度直徑：6=325mm$1485。換熱管材料、規格：OCrl8Nil0Ti中2525 mm。22廢熱鍋爐主體材料原始化學成分及機械性能(見表2、表3)表2廢熱鍋爐主體材料原始化學成分化學成分()名稱材質規格層次clnSiSPCrNiMoTiCuA1Nb(N)v殼體器：s姍翥

9、篇篇譽瓣瓣。，。，”。乙。乞。厶：00，22黼00，31揪1Q345R+赫o 181 40o 35o 003n017002700210032錐段$32168。l疆直o 0141 18052o 002o 03017 16 9 20o 075o 122 0099(o 012)封頭215CrMoR+老強值0 16o 55o 23o 001oOl31 13o 009o 53o 01短節$32168。鼬0016 1 20o 550003o 02817 25 926o 070o 1320019(0010)法蘭16Mn+堆焊652+6赫0 181 51o360003o 016鍛件15CrMo+堆焊834+6

10、捎 o 13057063o 006o 0121 42o 54管板0Crl8N1011632500481 48O620 001002417219 290230 OOl0U形旨0Crl8Nil0fi4125X25O 0391 21O 580 0020 02117 239 3102010 011表3廢熱鍋爐主體材料原始機械性能力學性能彎曲試驗心直稱材質塞MPa劂黟戮?擊翟J莓_爹率溫沖擊值1a=名n彎徑臚外封頭1 6錐一一54055+3段 封短一 34+62082、0：24、38s，s。頭264a58644622o節鋈_-E-6Mn+s基s6sssszs-s。163；，6164、18。4a囂15Cr

11、Mo+鼎啪訛22lo22。180。4a合格裹OCrlSNilOTi擊3罨595 24558晶問腐蝕試驗E法陽H“槲風弛趴“oCrl8NilCrri：2559025545合格u形管 2 53編制廢熱鍋爐主體材料的焊接工藝評定、焊接及焊后熱處理工藝31編制廢熱鍋爐主體材料的焊接工藝評定參數與焊接工藝 根據爆炸焊不銹鋼復合鋼板的焊接特點：不銹鋼復合鋼板復層焊接時，存在基層焊縫碳含量對不銹鋼過渡層及面層焊縫的稀釋與擴散問題。由于稀釋作用，降低了不銹層焊縫中的 鉻、鎳含量。同時增加了不銹層焊縫的碳含量。所以復合層焊縫中容易形成硬而脆的馬氏體 組織，從而降低了焊接接頭的塑性和韌性。原因是由于熔焊時復合界面

12、上，鉻、鎳元素部分 溶入基層的珠光體鋼基體中，變的硬脆；基層的碳、Mn、S、P原子又漂移到不銹層，而形 成合金馬氏體淬硬組織產生脆化，使復層焊縫的耐腐蝕性能下降。而爆炸焊不銹鋼復合 鋼板本身熔化層和未熔化基體之間就存在爆炸擴散產生的成分梯度，厚度在02 H m左右， 在爆炸焊縫中的兩金屬貼合面上(基層碳鋼和不銹層之間)，可能產生淬火馬氏體塊狀組織 (低碳馬氏體和低碳低合金馬氏體)和金屬間化合物彤。因此，在編制廢熱鍋爐主體材料的焊接工藝評定和焊接工藝指導書，以及編制廢熱鍋爐主體材料的焊接工藝和焊后熱處理工藝 時，依據標準及設計要求，應嚴格制定和控制工藝參數。 311編制廢熱鍋爐的焊接工藝評定參數

13、及主體材料的焊接工藝編制廢鍋主體材料試板的焊接工藝評定證書(PQR)及焊接工藝指導書(WPS)：板材對接工藝評定證書及工藝指導書編號：PQRP一0412，WPSP-0412，材質：15CrMoR+$32168，規格：6=34+6 mm。PQR-P-0413，WPSP一0413，材質：Q345R+S32168，規格：6=50+3 mm；堆焊工藝評定證書及堆焊工藝指導書編號： PQRSD025，WPSSD025，材質：15CrMoR+堆焊，規格：6=34+6mm。 PQRSD026，WPSSD一026，材質：16Mn+堆焊，規格：6=52+6mm。管子與管板焊接工藝評定證書及焊接工藝指導書編號：

14、PQRHGP091，WPSHGP一091，材質：0Crl8N訂fffi，規格：6 325m25X25。焊接方法：管箱焊接，采用手：焊(SMAW)；筒體焊接，采用手+埋(SMAW+SAW)；設 計坡口形式：階梯式臺階+x形坡口，見圖1；焊接位置：平焊。管子與管板焊接方法：采 用氬弧自動焊接(GTAWAUTO)，焊接位置：固定焊。編制廢熱鍋爐焊接工藝評定參數(見表4和表5)及廢熱鍋爐主體材料的焊接工藝卡(見 表6)。79復層SMAWA132中4曩1401602026121816堆焊：WPSSD-025試板材質、 規格：1 5CrMoR+堆焊層，6=34+6咖堆焊過渡，云中4曩sMAwA302130

15、1502026121614SD025堆焊面層sMAWA132中4曩1401602026121816表5廢熱鍋爐殼體焊接工藝評定參數：(WPS-P-0413，)試板材質、規格：Q345R+832168。6=50+3嗍焊焊接填充材料焊接電流電弧電焊接速度線能量PQR層方法牌號器翟電流(A)(壓V)(cmmin)(KJcm)WPSSMAWJ507j；9011020261216SAWH 10Mn跚中。嘉500-65030384250P-0413SAW反接SMAWA3023之80100202610141 0；組對錯邊量b15mm，也是造成面層減薄的原因之一。由于生產任務緊，焊工精神疲勞而操作不當也是主要

16、原因。表8廢鍋管箱短節產品試板的力學性能、彎曲及晶間腐蝕試驗353制定管箱短節及產品試板修復方案 根據以上分析，提出以下修復方案和注意事項：首先氣刨并砂輪打磨去除整條縱縫及產品試板的過渡層及面層焊縫。83嚴格執行焊接工藝及焊接工藝施工要點，所有筒節在組對時，復層錯邊量必須b1Omm：復層下基層焊縫超出臺階的余高必須徹底清除磨平。焊接過渡層時必須采用較小的下限電流和較小的線能量，以保證過渡層厚度6牛 2ram，面層厚度62mm；鐵素體數含量FN38，確保晶間腐蝕試合格。加強施焊焊工質量意識教育，擺正質量與生產的關系；以及合格焊工輪流操作，以減 少精神疲勞；并加強檢驗和過程監督。354短節及產品試

17、板修復焊接 車間焊工嚴格按照修復方案及焊接工藝執行焊接操作，管箱短節返修產品試板及首節筒體試板各項試驗數據出來后，完全符合標準及設計要求。產品試板實驗數據見表9，表10。355按修復方案和焊接工藝焊接筒體、管箱及所有壓力焊縫 按修復方案和焊接工藝焊接簡體、管箱及廢鍋所有壓力焊縫。最后經檢驗、探傷和監檢確認，此臺中壓廢熱鍋爐設備質量完全符合設計標準和圖紙要求。表9廢鍋管箱產品試板的力學性能、彎曲及晶間腐蝕試驗4探傷發現封頭直邊段母材有線形微裂紋在封頭與簡體對接焊縫探傷時，發現封頭直邊段母材有麗條平行于壓制方向的直線形微 裂紋，裂紋灰黑色且邊緣模糊不清晰。然后按標準要求擴拍，擴拍片均未發現裂紋，我

18、們分 析裂紋可能發生在基層與面層貼合線上。經面層打磨4mm深左右，裂紋就完全去除了。我們 認為是復合層爆炸貼合時，產生的氣孔等點狀缺陷，在封頭模壓時被拉長成為裂紋，顯微鏡 下可能為波紋狀。5總結在這次中壓廢熱鍋爐的制造中，中厚低合金及鉻一鉬鋼與奧氏體不銹復合鋼板的焊接及 其焊后熱處理，工藝質量比較難以控制。特別是對接接頭的不銹復合層焊縫，敏化后的晶間 腐蝕彎曲不合格，分析總結如下幾點建議：(1)不銹復層組對尺寸錯邊量b1Omm。(2)徹底去除基層焊縫余高。 (3)焊接過渡層時必須采用較小的電流和較小的線能量及較大的線速度，以減少基層碳原子向過渡層稀釋而增加不銹鋼過渡層及復層焊縫的碳含量，同時也減小了不銹過渡層焊縫 中的鉻、鎳含量被稀釋下降。84(4)保證過渡層厚度6牛2mm，面層厚度必須62mm；以盡量減少鐵素體數含量，保證 FN38，確保晶問腐蝕試合格。(5)預后、熱溫度不得超過420。C，以避免金屬第二相合金碳化物及S、P、Sb、Sn等低 熔點雜質元素沿晶界析出使焊縫產生脆化。(6)600左右焊后熱處理，出爐冷卻速度要快，避免鉻一鉬鋼復合鋼焊縫