王奕博

（中石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132001）

化工設(shè)備在日常生產(chǎn)及使用過程中，會接觸很多氣體或流體的化學(xué)試劑，這些化學(xué)試劑通常具有較強的腐蝕性，為保障化工設(shè)備的使用安全與化工人員的生命安全，就必須選用腐蝕性較強的材料，以提高化工設(shè)備的安全性、可靠性以及耐用性。

1 904L 不銹鋼概述

常見的904L 不銹鋼板有冷軋不銹鋼板、熱軋不銹鋼板、精軋不銹鋼板三種類型。904L 不銹鋼板具有較好的活化-鈍化轉(zhuǎn)變能力，化學(xué)性能較為穩(wěn)定。普通不銹鋼板材在使用過程中，會與醋酸、磷酸、硫酸等非氧化性酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，出現(xiàn)腐蝕，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致化學(xué)設(shè)備的損壞，危害化工人員的生命健康。而使用904L 不銹鋼板材制作的化工設(shè)備，在性能上要優(yōu)于普通不銹鋼板材制作的化工設(shè)備，不會與化學(xué)試劑發(fā)生反應(yīng)，具有較強的耐酸性、耐腐蝕性以及抗應(yīng)力腐蝕破裂能力，在長時間的使用中，不會輕易出現(xiàn)化學(xué)設(shè)備損壞的情況。其次，904L 不銹鋼中的碳元素含量非常低，幾乎不存在碳化物析出問題，因此，在對其進行熱處理和焊接時，不會出現(xiàn)因碳化物析出而導(dǎo)致的晶間腐蝕。另外，904L 不銹鋼中的鉻鎳鉬較高，且還含有一定量的銅元素，這使得904L不銹鋼即使處在還原性較高的硫酸或甲酸試劑中，也能具備較好的腐蝕性。

2 在化工設(shè)備設(shè)計中提高904L 性能的有效措施

2.1 減少熱裂紋的產(chǎn)生

904L 不銹鋼在焊接過程中容易出現(xiàn)熱裂紋，多為橫向弧坑裂紋、熱影響區(qū)裂紋、焊縫縱橫裂紋等，這會對904L 不銹鋼的性能產(chǎn)生一定的影響，降低化工設(shè)備的耐腐蝕性和安全性。其中，弧坑裂紋又包含凝固裂紋，這種凝固裂紋主要出現(xiàn)在化學(xué)設(shè)備接頭的焊接區(qū)域，導(dǎo)致弧坑裂紋產(chǎn)生的原因主要有兩個方面：

（1）由于904L 不銹鋼屬于奧氏體不銹鋼，導(dǎo)熱系數(shù)相對較小，膨脹系數(shù)較大，在對其進行局部焊接的過程中，如果焊接接頭的溫度偏高且維持時間較長，會使焊接區(qū)域的金屬與臨近焊接縫區(qū)域的金屬間產(chǎn)生差距較大的拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變，且這種差距還會在后期冷卻以及凝固過程中再次出現(xiàn)，進而導(dǎo)致凝固裂紋的出現(xiàn)。

（2）904L 不銹鋼焊接后，會在焊接區(qū)域內(nèi)形成具有較強方向性的柱狀晶組織，如果參與焊接的材料本身含有的元素較雜，還容易形成液態(tài)膜，在這種情況下，也會導(dǎo)致凝固裂紋的產(chǎn)生?；诖?，化工設(shè)備設(shè)計師在對化工設(shè)備進行設(shè)計時，必須根據(jù)化工設(shè)備后期的化學(xué)試劑使用情況對904L不銹鋼的焊接進行設(shè)計，合理選擇焊接用材料，將焊接材料的硫、磷元素含量控制在一定范圍內(nèi)，或選用雙相焊絲或氫型焊條，擾亂柱狀晶組織的生長方向，避免液態(tài)膜的產(chǎn)生。同時，還要合理選用焊接技術(shù)，縮短焊接區(qū)域的高溫時間和冷卻時間，減小焊接區(qū)域金屬與焊接周邊區(qū)域金屬間的拉伸應(yīng)力與拉伸應(yīng)變的差值，必要時，可以采用先磨后焊的焊接工藝，對需要進行焊接的接口進行拋光打磨，防止接口處堆積的灰塵、碎屑等雜質(zhì)影響焊接質(zhì)量，產(chǎn)生弧坑裂紋。最后，在焊接的過程中，不能隨意擺動焊條，并盡可能使用收弧板和引弧板對焊接母材進行輔助焊接，防止焊接弧坑的產(chǎn)生。

2.2 確定904L 的焊接處理方法

在化工設(shè)備安裝中，通常采用鎢極氬弧焊或手工電弧焊等焊接工藝對904L 不銹鋼進行焊組裝。為保障化工設(shè)備的安裝質(zhì)量，設(shè)計人員必須在設(shè)計的過程中，對焊接用的焊接母料、焊條、焊絲等材料的規(guī)格進行明確規(guī)定。通常情況下，如果選用焊絲或焊條作為焊接材料，就必須保障焊絲或焊條中的鉬元素要高于焊接母料中的鉬元素含量。為此，可以選用型號為E385-17 或E385-16 的焊條，或型號為ER385-17的焊絲。部分化工設(shè)備在進焊接前，無須對所選用的焊接材料進行預(yù)熱處理，但作業(yè)環(huán)境溫度通常相對較低，需要焊接人員事先對焊接區(qū)域和焊接周邊區(qū)域的進行預(yù)熱，防止水蒸氣凝聚影響焊接效果。如果采用手工電弧焊接的方式對化工設(shè)備進行焊接，必須確保所選焊接板材與焊條直徑符合要求，當(dāng)焊接板材厚度為6mm 時，焊條直徑不能超過2.5mm，當(dāng)焊接板材厚度超過6mm 時，焊條直徑應(yīng)在2.5 ～3.2mm 范圍以內(nèi)；如果選用鎢極氬弧焊對化工設(shè)備進行焊接，可以選用與焊接木材同樣性質(zhì)的焊條或焊絲作為焊接填充材料，并在焊接后對焊接縫隙進行酸洗鈍化處理。最后，部分化學(xué)設(shè)備在完成焊接后，還需要進行對應(yīng)的焊后熱處理，將焊接區(qū)域均速加熱到1075 ～1125℃后，進行快速冷卻，確保焊接區(qū)域的整體性。

2.3 制定好焊接坡口尺寸與保護措施

化工設(shè)備焊接口的設(shè)計，通常采用機械加工的方式對焊接坡口進行處理，按照坡口對接間隙的大小來確定坡口角度。通常情況下，為保障焊接接口與根部熔合的緊密型，降低焊接縫厚度，可以采用碳弧氣刨焊等焊接方式，選用合適的焊條對焊接區(qū)域進行填充，防止弧坑裂紋或収縮孔的出現(xiàn)。如果焊接完成后，焊接區(qū)域出現(xiàn)弧坑裂紋或収縮孔，則應(yīng)用磨光機對該區(qū)域進行打磨拋光，而后重新用焊條進行焊接，直至不在出現(xiàn)弧坑裂紋或収縮孔為止。在對多層不銹鋼進行焊接時，首先，要去除焊接母材表面與夾層間的灰塵和雜事，保障焊接區(qū)域的光潔干凈，防止灰塵、雜質(zhì)等物質(zhì)融入焊縫，降低化工設(shè)備的耐腐蝕性。同時，用氬氣對高溫焊道和高溫熔池進行有效保護，避免焊接縫隙發(fā)生金屬氧化，而后在進行焊接前，還要對焊接坡口兩側(cè)進行二次清潔，選用CCl4或丙酮試劑擦洗坡口兩側(cè)和焊接用焊條、焊絲，去除焊接部位的氧化膜、油污等表面雜質(zhì)，防止因清潔不凈而導(dǎo)致的焊接缺陷。

2.4 確定檢測步驟

904L 不銹鋼在焊接的過程中，不可避免地會出現(xiàn)大小不一的裂紋，在對其進行檢測時，可以根據(jù)裂紋的紋路距離、攝入角度、開口寬度、裂紋方向等因素進行有效判斷。多采用超聲檢測的方式對904L 不銹鋼裂紋進行檢測。由于904L不銹鋼產(chǎn)生的熱裂紋在檢測中容易受雜質(zhì)的影響，為確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須在檢測前對焊接接頭及周邊檢測區(qū)域表面進行清理打磨，選用不留打磨痕跡的細(xì)砂輪片去除表面油污、氧化物、毛刺等雜質(zhì)。設(shè)計人員通常將熱裂紋的檢測步驟，放在焊接工作完畢后，這可以將外界因素對焊接縫隙質(zhì)量的影響降到最低，并及時發(fā)現(xiàn)焊接部位存在的隱患，然后，再對焊接區(qū)域進行調(diào)整，提高化工設(shè)備的焊接質(zhì)量。

2.5 選用904L 不銹鋼鋼復(fù)合材料

由于904L 在充氣、海水等條件下仍舊具備良好的抗腐蝕性，因此，常被作為鈦合金、鎳基合金以及其他貴重金屬的替代品。但904L 不銹鋼成本較高，為降低成本，人們往往會選用含有904L 不銹鋼的復(fù)合材料作為化工設(shè)備生產(chǎn)安裝材料。在904L 不銹鋼復(fù)合材料的選用上要注意以下幾點：（1）904L 不銹鋼復(fù)合材料由于904L 不銹鋼含量的不同，在抗應(yīng)力腐蝕性能及抗點蝕性能上有著較大的差異。如果化工設(shè)備在后期使用中需要頻繁接觸大量腐蝕性較強的化學(xué)試劑或流體試劑，則應(yīng)選用904L 不銹鋼含量較高的復(fù)合材料。反之，應(yīng)選擇含量較低的904L 不銹鋼復(fù)合材料。對此，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)化工設(shè)備的實際使用情況，合理選擇含量最佳的904L 不銹鋼復(fù)合材料。（2）在對904L 不銹鋼進行焊接時，焊條、焊絲、焊接口角度、焊接方法以及熱處理工藝等方式的選擇，都會或多或少地對焊接質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，就必須根據(jù)化學(xué)設(shè)備的實際需求，對其進行逐一明確，并在實際的化學(xué)設(shè)備焊接中，嚴(yán)格按照設(shè)計方案的要求對904L 不銹鋼復(fù)合鋼板進行焊機。（3）在對904L 不銹鋼復(fù)合鋼板的過渡層進行焊接時，必須先對鋼板的基層與覆層進行處理，避免基層母材與復(fù)合層間存在復(fù)合不良的情況，進而導(dǎo)致基層母材與復(fù)合層出現(xiàn)分層情況，影響化工設(shè)備的使用質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，904L 不銹鋼作為化工設(shè)備設(shè)計的核心要素，必須在保障化工設(shè)備焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對904L 不銹鋼的焊接工藝與方法進行合理選擇，以此提高化學(xué)設(shè)備的耐腐蝕性與耐用性，并在不斷的研究與探索中，對904L 不銹鋼在化工設(shè)備設(shè)計中的應(yīng)用進行創(chuàng)新和優(yōu)化，最終提高我國化工設(shè)備的設(shè)計水平。