費(fèi)張平，吳昌文，陳志華

1.宣城市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)中心 安徽宣城 242000

2.安徽賽德齊瑞生物科技有限公司 安徽宣城 242000

1 序言

安徽賽德齊瑞生物科技有限公司為某制藥企業(yè)制造兩臺(tái)15t合成釜，屬I類壓力容器。釜體直徑2400mm，夾套直徑2500mm；釜體材質(zhì)為S22053，厚度18mm；夾套材質(zhì)為Q235B，厚度12mm。因?yàn)樵擃惒牧蠟槭状螒?yīng)用，所以根據(jù)TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》要求，壓力容器施焊前應(yīng)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。根據(jù)NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》的規(guī)則，本次選用10mm厚的S22053和Q235B鋼板進(jìn)行焊接工藝評(píng)定。

2 異種鋼焊接性分析

2.1 母材的化學(xué)成分和力學(xué)性能

S22053鋼板應(yīng)符合GB/T 24511—2017《承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鋼板和鋼帶》要求，交貨狀態(tài)為固溶；Q235B鋼板應(yīng)符合GB/T 3274—2017《碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋鋼板和鋼帶》要求，交貨狀態(tài)為熱軋。兩種材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見表1、表2。

表1 S22053和Q235B的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 S22053和Q235B的力學(xué)性能

2.2 異種鋼的焊接特點(diǎn)

從表1中可以看出，S22053和Q235B的化學(xué)成分差別很大。因?yàn)楹缚p化學(xué)成分取決于母材、焊接材料的成分及熔合比，所以母材成分固定，而選取的焊接材料其成分若偏向于S22053，這就造成了異種鋼焊接的常見問題——焊縫化學(xué)成分不均勻[1，2]。

異種鋼焊接的另一個(gè)問題就是焊接過程中，在雙相鋼（S22053）和碳素鋼（Q235B）的界面上發(fā)生碳遷移，在碳素鋼側(cè)脫碳使之軟化，在雙相鋼側(cè)增碳使之硬化，從而造成焊接接頭力學(xué)性能下降，在脫碳層處容易產(chǎn)生裂紋[3，4]。

根據(jù)異種鋼的焊接特點(diǎn)，需要選取適宜的焊接材料及焊接方法，制定合適的焊接工藝，采取精細(xì)的施工工藝措施，才能使焊接接頭的性能達(dá)到要求。

3 焊接工藝評(píng)定

3.1 焊接方法及焊接材料的選擇

壓力容器制造過程中常用的焊接方法很多，焊接方法的選擇需綜合考慮母材金屬的性質(zhì)、制造成本、焊接接頭的質(zhì)量及焊接位置等多方面因素。根據(jù)異種鋼焊接特點(diǎn)，為保證焊縫熔合比較小，本次選用異種鋼焊接最常用的焊條電弧焊。

綜合考慮母材化學(xué)成分、力學(xué)性能、施焊條件及碳的遷移等多方面因素，本次選用熔敷金屬為奧氏體-鐵素體組織的不銹鋼焊條ER2594。

3.2 焊接參數(shù)的選擇

按照利于焊透和保證焊接質(zhì)量的原則，需降低焊縫熔合比和減少碳的遷移，為此要選用合適的坡口形式和焊接參數(shù)。坡口形式及焊道分布如圖1所示，焊接參數(shù)見表3。

圖1 坡口形式及焊道分布

表3 焊接參數(shù)

3.3 工藝評(píng)定試板的焊接

（1）焊前準(zhǔn)備 焊前需認(rèn)真清理坡口及兩側(cè)，確保無影響焊接的污物；目視檢測(cè)坡口處無分層、裂紋等缺陷。

（2）試板焊接 根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)焊接工藝規(guī)程（pWPS）要求，選擇安徽賽德齊瑞生物科技有限公司持證項(xiàng)目符合要求的焊工焊接試板。焊接過程中應(yīng)將焊條盡量靠近S22053側(cè)，避免出現(xiàn)放在焊縫中心處造成焊縫硬度大和靠近Q235B側(cè)造成該側(cè)熔合比高的問題。

（3）焊縫檢測(cè) 焊接過程中，每焊完一層必須進(jìn)行外觀檢查，確定無缺陷后方可焊接下一層。焊接完成后，先進(jìn)行外觀檢查，檢查合格后對(duì)焊縫進(jìn)行100%X射線檢測(cè)，要求符合NB/T 47013.2—2015 II級(jí)合格要求。所有外觀檢查及無損檢測(cè)結(jié)果不得有裂紋。

3.4 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)

根據(jù)NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》要求，在焊接工藝評(píng)定試件外觀檢查及無損檢測(cè)合格后，進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。試樣的數(shù)量及制備應(yīng)符合NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》和NB/T 47016—2011《承壓設(shè)備產(chǎn)品焊接試件的力學(xué)性能檢驗(yàn)》要求：2個(gè)拉伸試樣，4個(gè)側(cè)彎試樣，9件沖擊試樣（焊縫區(qū)、S22053和Q235B側(cè)熱影響區(qū)各3個(gè)）。

制樣完成后委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。

（1）拉伸試驗(yàn) 所取兩個(gè)試樣斷裂位置均在Q235B側(cè)，抗拉強(qiáng)度分別為441MPa、479MPa，均大于材料標(biāo)準(zhǔn)要求的370MPa，測(cè)試結(jié)果符合NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》要求。

（2）沖擊試驗(yàn)（20℃） 焊縫區(qū)、S22053和Q235B側(cè)熱影響區(qū)各3個(gè)試樣的平均吸收能量分別為104J、173J、112J，測(cè)試結(jié)果符合NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》要求。

（3）彎曲試驗(yàn)（彎芯直徑為40mm） 對(duì)側(cè)彎試樣彎曲到180°后，其拉伸面上的焊縫和熱影響區(qū)內(nèi)，沿任何方向均無開口缺陷，測(cè)試結(jié)果符合NB/T 47014—2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》要求。

4 結(jié)束語

在焊接過程中，由于S22053和Q235B化學(xué)成分差異較大，故容易造成焊縫成分不均勻和因碳遷移而在脫碳層產(chǎn)生裂紋等問題。為此，針對(duì)兩異種鋼相焊接，采用焊條電弧焊和不銹鋼焊條ER2594，根據(jù)預(yù)焊接工藝規(guī)程制定的焊接規(guī)范制備焊接工藝評(píng)定試板，焊后經(jīng)檢查、檢測(cè)及力學(xué)性能試驗(yàn)合格后，能夠驗(yàn)證預(yù)焊接工藝規(guī)程的正確性，完成了焊接工藝評(píng)定報(bào)告。根據(jù)焊接工藝評(píng)定報(bào)告編制焊接工藝規(guī)程和焊接作業(yè)指導(dǎo)書，指導(dǎo)焊工對(duì)15t合成釜的異種鋼焊縫進(jìn)行了焊接，取得了良好的效果。