不锈钢复合板封头的缺陷分析及修复控制

田怀连

我公司承接了100万t/a重油催化制烯烃装置解析塔的制作，其主材为Q245R+0Crl3不锈钢复合钢板，椭圆形封头名义厚度为（24+3)mm，规格为φ2 800mm ×43 000mm×(24+3)mm, 属于第II类压力容器。

由于复合板材料的制造周期较长，所以根据图样进行排版并提出定尺采购，注明检验检测要求。外委压制考虑冲压减薄量，为防止基层热压减薄，根据经验实际采用（26+3）mm不锈钢复合板。

在对外委封头入库检测时，发现距离边缘处的表面存在粗糙的皲裂状损伤，面积150mm×150mm，最大裂纹宽度2~3mm，延伸短而宽。另外封头切边处有明显的分层界线，通过全面范围超声检测，发现复合板的复层拼接焊缝存在裂纹等缺陷，我们对此进行研究，同外委单位、材料供货单位对缺陷产生的原因进行了具体分析，并制定了堆焊修复的解决方案。

1. 封头热压成形过程分析

封头为压力容器的主要受压元件，因此封头的整体热压成形是本设备制造的关键之一。压制复合钢板封头时，要控制好热压成形的加热温度范围，基层的加热温度使其处于原始正火状态，而且加热温度又要防止复层产生敏化现象；加热前清理油污和附着物；炉膛加热到400℃左右，将工件入炉加热，按炉温曲线图加热工件，并通过工艺控制，加快工件升温速度且保持温度分布均匀，使工件达到（920+10）℃。热冲压时为了避免温差应力过大，影响基层复层结合强度，模具应有一定的预热温度。

通常将压模的下模圈预热至450 ～550℃ ，将出炉后的工件迅速放置于已预热好的下模圈上并压制成形，同时严格控制终压温度，控制终压过程中处于敏化温度的时间，以保证终压温度≥860℃，成形后自然冷却。

不锈钢复合板制封头的热压成形均按要求进行严格的规范操作，始终处于可控的范围内，便可以保证封头的热压成形质量。

2. 复层的拼接焊缝与复合板封头拼缝的焊接控制

复层材料不锈钢板壁厚较薄，由于受到板幅的限制，所以复层需要拼接。拼接焊缝应焊透磨平，并作渗透检测，应无裂纹及其他超标缺陷，基层板与复层板应保持平整。经爆炸复合板的结合面，按要求热处理，经校平后进行超声检测，I级合格。复合板应进行恢复力学性能热处理，热处理工艺的制定应确保热处理后各项力学性能符合有关规定。

由于供方在复合板用材料的检验和复验中失控，致使对供方的异地制造评价不全面；复层拼接和复合板的检测中没有按标准执行；没有提供复层焊接及检测的见证文件，造成存在缺陷的不合格品的放行。

为避免焊接基层时对复层金属造成影响，焊接时应采用特殊焊接坡口。不锈钢复合板焊接属于异种钢焊接，考虑到复层马氏体不锈钢焊接性较差，控制不好易产生裂纹等缺陷，一般是先焊基层焊缝，再进行过渡层焊接，最后焊复层。由于复层与基层含碳量和合金成分有很大差异，故过渡层施焊应该采用较小的热输入，以防止基层金属对复层稀释作用而降低复层焊缝金属中的Cr、Ni等合金元素的含量。复合板焊接时由于线膨胀系数相差大，易出现温差应力引起的裂纹，所以应对复合钢板焊缝进行射线检测和复层表面渗透检测，以检验焊缝表面有无裂纹等缺陷（因为不锈钢复合板焊接接头的组织和性能不均匀性，焊缝返修时易产生热裂纹）。在过渡层焊接时提高焊缝探伤一次合格率，减少返修次数。

由于没有对复合板焊接特殊性正确分析和判断，使封头热压成形后检测也出现了裂纹，给设备制造、检验增加了难度和质量的不确定性。

3. 封头缺陷修复的工艺控制

经超声检测，包括复合板的复层拼接焊缝，复合板封头拼接焊缝覆层出现的裂纹缺陷，采用砂轮磨削或碳弧气刨清除缺陷、加工返修坡口。碳弧气刨时，碳棒直径5~6mm，注意勿使工件粘渣或造成铜斑。

碳弧气刨后将刨糟打磨出金属光泽，去除渗碳层，打磨厚度≥1mm。刨槽长度应向缺陷两端各延伸20mm(刨糟长度一般≥50mm )；刨槽底部应修磨成U形，宽度均匀，表面平整，便于施焊。刨槽的宽度应大于焊条直径的2～3倍。刨槽两端应有一定的坡度（＜15°），并呈圆滑过渡。坡口深度应足以清理干净槽内杂物，保证清除缺陷。打磨部位与四周金属应圆滑过渡，用不锈钢丝刷清理待堆焊面，并对打磨过的基层表面及坡口表面进行渗透检测，不得有裂纹分层等缺陷，确认缺陷全部去除后方可堆焊。

复合板复层侧缺陷修复焊接时，容易出现裂纹和未熔合缺陷，应经过评定合格的焊条电弧焊堆焊修复工艺，采用多层多道焊，小电流、快速不摆动等小参数施焊。注意各层起弧、收弧处应错开。先焊过渡层，再焊复层。焊接参数如附表所示。

返修后，焊缝表面不得有裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔弧、坑未填满和肉眼可见的夹渣、咬边等缺陷。复层焊缝表面尽可能与复层表面保持平整、光滑，焊接完成后将焊缝表面上的熔渣和两侧的飞溅物清除，且复层焊缝表面不得有咬边；外观检测合格后，按原焊缝探伤要求对堆焊焊缝及热影响区进行检测。返修部位应当按照原要求经过检测合格，焊接接头同一部位的返修次数不宜超过两次。焊接不锈钢复合钢的复层间及过渡焊缝的返修焊工必须持有相应合格项次的耐蚀堆焊项目。

堆焊修复过程中某些重要元素可能会因焊接烧损而减少，致使堆焊区显微组织发生变化，力学性能下降，与复层母材的化学成分并不完全一致，焊缝应进行Cr、Ni、Ti、Mo等元素的光谱检查，每条焊缝不少于两处，确认堆焊层的化学成分分析结果应与焊材熔敷金属标准进行有效判定。

4. 结语

只有不断完善制造工艺，加强过程管理的控制，提高其制造检测质量，才能制造出符合法规、规范、标准的产品，保证容器的安全使用性能。

[1] 中华人民共和国工业和信息化部. SH/T 3527—2009 石油化工不锈钢复合钢焊接规程[S]. 北京：中国石化出版社，2010.

[2] 全国锅炉压力容器标准化技术委员会. GB 6654—2000 压力容器用钢板[S]. 北京：中国标准出版社，2011.

[3] 赵炜. 不锈钢复合钢板压力容器焊接坡口的设计[J]. 焊接技术，1997（4）.

[4] 郑传祥. 复合材料压力容器. 北京：化学工业出版社 ，2006.