不锈钢窄焊带埋弧堆焊工艺试验

赵瑞辉

带极埋弧堆焊因具有熔敷率高，稀释率低，焊道宽且成形美观等优点，在压力容器内壁大面积堆焊中广泛应用。目前压力容器堆焊广泛应用的是规格为0.5mm×60mm的焊带，但该焊带所用机头仅能堆焊内径＞1 000mm的筒体或接管内壁。而我公司内径600~1 000mm的接管内壁堆焊原工艺采用焊条电弧焊方法，堆焊效率低，影响产品工期。为解决该问题，我公司引进专用的小内径接管内壁带极埋弧堆焊设备，该设备采用规格为0.5mm×30mm的窄焊带，可以堆焊φ350~1 000mm的接管内壁，机头对比如图1所示。

规格为0.5mm×30mm的不锈钢窄焊带在实际产品中较少应用，我公司使用该设备进行堆焊工艺评定试验，制定合理的堆焊工艺参数，以验证该焊带的使用能否保证堆焊层力学性能和耐蚀性要求。

1. 堆焊试验方案

（1）堆焊母材和焊材 堆焊基层选用Q345R板材：300mm×300mm×20mm，共8件。焊材选用天泰焊材（昆山）有限公司生产的0.5mm×30mm的不锈钢窄焊带，牌号分别为TBD—309L、TBD—308L、TBD—347L，所配焊剂均为SL—305。

（2）堆焊参数 拟定的堆焊参数如表1所示，采用双层堆焊，过渡层选用TBD—309L+SL—305焊材，盖面层分别选用TBD—308L+SL—305、TBD—347L+SL—305焊材。焊前基层预热温度为室温，焊接过程中道间温度控制在100℃以下。

图1 带极埋弧堆焊机头对比

表1 堆焊参数

（3）工艺评定试验方案 8件试件分别标记为PQR1501、PQR1501A、PQR1501B、PQR1501C、PQR1502、PQR1502A、PQR1502B、PQR1502C，按堆焊材料和热处理的不同进行焊接工艺评定，具体区分如表2所示。热处理升降温速率均为55~150℃/h。

2. 试验结果与分析

8件试样堆焊过渡层和盖面层经表面无损检测合格，按NB/T47014—2011标准取样进行化学成分分析、弯曲试验、铁素体测定和晶间腐蚀试验等项目，其中评定编号为PQR1501和PQR1502的弯曲试样经侧弯试验后出现超标开裂（＞3mm），开裂部位在过渡层与基层之间的熔合区，评定不合格，如图2所示。

其余6个评定试验结果：晶间腐蚀试验按GB/T4334—2008标准E法均验收合格，侧弯试样受拉伸面上没有出现开口缺陷，化学成分分析取样为熔合线以上3mm处，结果如表3所示，符合堆焊层化学成分要求。铁素体测定部位为堆焊盖面层表面，结果如表4所示，铁素体平均值在3%~10%，具有良好的抗裂性能。

经对比分析，PQR1501和PQR1502评定弯曲试验不合格主要有以下原因：堆焊基层为碳钢，堆焊熔敷金属为不锈钢材料，两者在热导率和线膨胀系数上存在较大差异，堆焊时材料在加热和冷却过程中会产生较大的残余应力；两者化学成分不同，在碳钢的稀释作用下，会在过渡层与基层熔合区部位产生马氏体淬硬组织；两者含铬量差别较大，铬为碳化物形成元素，促使碳向覆层迁移扩散，而在其交界的焊缝金属区域形成增碳层和脱碳层，加剧熔合区的脆化，在外力作用下会产生应力集中。而其他6个评定试验的弯曲性能良好，是因为在过渡层或盖面层焊后进行消除应力热处理，不仅降低焊缝中的残余应力，而且改善了过渡层与基层之间熔合区的金相组织，所以在产品焊接应用中，应当制定合理的焊后消除应力热处理工艺。

3. 产品焊接应用

图2 不合格弯曲试样

表2 工艺评定试验方案

表3 堆焊层化学成分（质量分数） （%）

表4 堆焊层铁素体测定 （%）

在我公司所承制的某化工企业120万t/a精细化学品示范项目净化装置变换气分离器设备制造中成功应用。该批产品主壳体为Q345R+S32168复合板材料，管口中接管和法兰均为16MnⅢ/Ⅳ+堆焊S32168材料，其中气体进口、出口、人孔均为φ500mm或φ600mm的接管，采用规格为0.5mm×30mm的窄焊带进行接管内壁双层堆焊，过渡层焊材为TBD—309L+SL—305，盖面层焊材为TBD—347L+SL—305，过渡层焊后进行（550±10）℃，保温1h的消应力热处理，盖面层焊后随产品进行（610±10）℃，保温2.1h的消除应力热处理，焊接参数按照堆焊工艺试验拟定的参数。

堆焊过程中注意事项及检测要求如下：

第一，堆焊前锻件毛坯内表面应进行机械加工，并进行100%MT检测，确认无缺陷。

第二，因锻件厚度较厚，堆焊前应对基层表面进行预热至50~80℃，堆焊过程中控制堆焊层道间温度＜100℃。

第三，过渡层堆焊一层，焊后进行消除应力热处理，热处理后进行100%PT检测，确认表面无缺陷后，再开始进行盖面层的堆焊，盖面层堆焊两层，确保后续加工裕量，堆焊后进行外观表面检查，确保无明显的气孔、夹渣缺陷，如有缺陷，应及时进行清理补焊。

第四，对盖面层进行机械加工，加工至图样要求的堆焊层厚度，加工后进行100%PT检测，确认表面无缺陷。

第五，产品热处理后和水压试验后还应对堆焊表面进行100%PT检测，确认表面无缺陷。

4. 结语

该批产品采用规格为0.5mm×30mm的窄带极小内径接管内壁埋弧堆焊，代替了以往所使用的焊条电弧焊堆焊，不仅提高了生产效率，节省了人力，而且堆焊质量稳定，返修部位少，值得推广应用。