Q345R+316L厚壁复合罐体的焊接研究

贺海龙

摘 要：文章针对荔湾3-1一期后期项目天然气压缩机涤气罐中涉及的直径1900mm、罐体材料为50mm+3mm的Q345R+316L复合罐体，从焊接性、焊接方法、焊接材料、焊接坡口、焊接质量检验等几个方面，比较全面地探讨了焊接技术要点，并将其成功应用于实际的焊接工程中。

关键词：不锈钢复合罐；焊接工艺

随着我国石化工业的发展，石油化工装置采用不锈钢复合罐越来越多。不锈钢复合罐是一种制造成本低、具有良好综合性能的金属管耐腐蚀性能，而强度主要靠基层来保证，因此，具有较低的综合制造成本。但复合罐制造及焊接工艺较复杂，特别是对过渡层及复层的焊接质量要求很高，因此对于复合罐的焊接，其焊前分析、焊接工艺评定、选择合理的焊接参数是保证焊接质量的关键。

1 Q345R+316L复合罐体的焊接特点

从设计角度考虑，Q345R+316L焊接复合罐的基层主要是保证强度，复层主要保证其耐蚀性能，中间增加的过渡层只是焊接工艺的需要。为了保证复合罐不因焊接而失去其原有的综合性能，通常分别对基层、过渡层和复层进行焊接。基层Q345R是压力容器常用钢材，一般用以满足管道对强度、刚度和韧性等力学性能的要求，其焊接性良好，焊接时一般不需采取特殊工艺措施；复层316L属奥氏体不锈钢，一般用以满足复合罐对耐蚀性的要求，与其他类型的不锈钢相比，较易焊接，对氢脆不敏感，主要问题是产生焊接热裂纹、碳化物析出敏化等焊接时要控制好热输人和层间温度。过渡区的焊接性主要决定于基层Q345R和复层316L的物理化学性能、接头形式和填充金属等。

2 Q345R+316L复合罐的焊接要点

2.1 焊接方法的选择

Q345R+316L复合罐过渡层的焊接是整个复合罐焊接的难点，为防止基层金属对过渡层焊缝金属的稀释，焊接时要尽量减少熔合比，以减低对焊缝金属的稀释作用。基层、过渡层、复层的焊接通常采用焊条电弧焊。

2.2 焊接材料的选择

不锈钢复合罐接头熔焊时必然会出现不锈钢和碳钢之间的互熔，从而发生复杂的合金化过程。在不锈钢复合罐的焊接中要严格防止在不锈钢复层上采用碳钢焊条或低合金钢焊条，只允许采用不锈钢焊条在碳钢基层上焊接。由于基层金属中合金元素含量少，对过渡层焊接的金属成分有稀释作用，导致奥氏体形成元素不足，焊缝有可能出现马氏体组织，从而影响焊接质量，甚至引起裂纹。因此，从保证过渡层的角度考虑基层焊接采用CH507R焊条、过渡层采用TS-309MOL焊条、复层焊接采用TS-316L焊条是比较恰当的。

2.3 坡口设计及其优点

①设计思路。在距离复层下1.5～2.5mm深处刨出一个台阶，并使复層坡口远离基层坡口3-3.5mm。坡口型式及尺寸见图1；②主要优点。a过渡层位置明确。基层与复层界面一目了然，过渡层的位置有明确标记，不会出现将碳钢焊条焊到复层上的问题，焊工无心理负担，施焊时得心应手；b避免夹渣的产生；c保证了过渡层厚度的要求。

2.4 控制错边量

控制不锈钢复合板的错边量不超标，是保证其强度和耐腐蚀性能的关键。为此，采取以下措施：①控制管道的圆度，保证组对质量；②坡口型式尺寸标注以及组对时应以复层为基准、确保错边量不超标；③封头与直管组对时，首先保证各自的圆度，再以封头周长匹配直管周长，保证封头与直管的组对质量。

2.5 现场接要求

为了保证不锈钢复合板原有的综合性能，应对基层、过渡层和复层分别进行焊接。不锈钢复合板焊接时，应注意以下几点：①严格按照图样、焊接工艺和有关标准施焊；②遵循先焊接基层，再焊接过渡层，最后焊接复层的焊接顺序；③为防止沾附焊接飞溅，施焊前需在不锈钢复合板坡口两侧100mm范围内刷涂防飞溅涂料；④定位焊缝只允许在基层金属面上采用焊接基层金属的电焊条施焊；⑤基层的焊接应严防基层金属熔化到不锈钢的过渡层甚至复层，以免少量高铬、高镍的锈钢成分稀释到碳素钢焊缝中形成马氏体组织而发生硬化；⑥严防碳钢或低合金钢焊条错焊在复层上或过渡层焊条错焊在复层面上；⑦焊接过渡层时，为减少稀释率，在保证焊透的条件下，应尽可能采用小直径焊条，并采用小规范反极性进行直道焊，以降低基层对过渡层焊缝的稀释；⑧复层焊接前，仔细清除坡口边缘复层坡口上的飞贱物；⑨不锈钢复合板焊接的关键是提高焊缝一次合格率，减少返修次数；⑩不锈钢设备接触介质的一面焊缝应尽可能最后焊接。

3 结束语

焊接工艺评定以及现场焊接慵况表明：我们针对Q345R+316L复合罐所选用的焊接材料和制订的焊接工艺是合理可行的，为以后此类复合罐的焊接积累了一定的经验。

参考文献：

[1] TSG R0004-2009.固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京：国家质检总局，2009.