复合钢板具有双金属板材特点:基层既能满足设备强度和刚度的需求,复层有色金属又能满足耐蚀、耐磨、耐高温等需求。既可节约大量的有色金属,降低生产成本,又不影响其综合使用性能,因而被化工、医药等行业广泛应用。UNS N08825奥氏体 Ni-Fe-Cr-Mo-Cu系列镍基合金,在中等氧化性环境、中等还原性环境中都具有良好的抗腐蚀能力,在室温和高达550℃时也具有很好的力学性能。
N08825 Q345复合钢板制洗涤器是某大型煤基谗怪项目设备,设计压力为4.6MPa，设计温度为380℃,介质为合成气 酸性水,简体及锥体采用N08825 Q345复合钢板,其厚度为(4 28) mm、(4 35) mm和(4 50) mm，端口的长颈法兰采用16Mnll 锻件,内表面及密封面均堆焊NO8825。如图1所示,由于此台复合板较厚,设备结构不规则,且需要大面积堆焊镍基耐蚀合金NO8825。焊接难度较大,所以制定合理的焊接工艺是确保焊接质量的关键。
焊接特点及焊接性分析
为了保证复合钢板不失去原有的综合性能,对基层和复层必须分别进行焊接,其焊接性、焊材选择、焊接工艺等由基层、复层材料分别决定。此台设备基层材料Q345R是低合金高强度钢,具有良好的焊接性;复层材料 UNS NO8825为面心立方晶格结构奥氏体合金,其焊接性与奥氏体不锈钢相似,也具有良好的焊接性。
复合钢板其基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接,其焊接性主要取决于基层和复层的物理性能、化学成分、接头形式及填充金属成分。而此台设备基层材料Q345R与复层材料 NO8825本身在成分、性能等方面有较大差异,而且基层与复层的焊接材料也同样存在较大差异。因此,此复合钢板基层焊缝金属与复层焊缝金属的互溶及稀释作用非常强烈。
在 NO8825 Q345复合钢板的焊接中,焊接基层时应避免Ni合金元素渗入而导致碳钢基层焊缝金属严重硬化和脆化,该硬化对冷裂纹极为敏感,易于产生裂纹;而在复层堆焊过程中,基层中的C元素易进入复层中,复层中Ni元素易进入基层中,这种互溶及稀释使复层的抗腐蚀性能和基层的强度降低;另外,在塾基合金的堆焊过程中,镍基合金中S、P等杂质及某些元素能与Ni形成低熔点共晶,富集于晶界,在焊接应力作用下,容易产生热裂纹;在炀基合金与低合金钢的过渡层堆焊时容易产生H、0、CO及蒸汽气孔。
H,、O,、CO在液态镍中溶解度相当大，而在固态镍中溶解度大大降低。由于镍的流动性差，在焊缝金属凝固前，气体来不及逸出而易形成气孔。由于镍及镍合金导热性差，容易发生过热，引起晶粒长大，易降低接头性能。针对以上可能出现的问题，选择合适的焊接材料、制定合理的坡口形式及焊接参数是保证焊接质量的关键。
焊接方法及坡口形式
考虑到设备的复杂结构及公司的硬件设施，基层的纵、环焊缝、过渡层及复层采用焊条电弧焊施焊;焊接试板的坡口采用机械加工的方法，坡口的结构采用内大外小、带台阶的形式，具体如图2所示。
N08825 Q345R复合钢板的焊接时，先焊基层，后焊过渡层，在堆焊表面复层。基层选用GB/T5117E5015焊条，过渡层选用SFA—5.11 ENiCrMo—3焊条，复层的焊接选用SFA—5.11 ENiCrMo—3焊条，焊前按照焊接材料说明书及工艺要求进行烘烤，随用随取。其中ENiCrMo-3焊条的化学成分见表1。
(1)对镍基合金 NO8825 Q354R 复合钢板,采用合理的坡口形式及焊接顺序,可以有效地避免因成分稀释和互溶而引起各种焊接缺陷,确保基层焊接接头的各项性能指标符合标准。
(2）过渡层、盖面层的堆焊采用ENiCrMo—3焊条,可以确保复层主要化学成分Ni、Cr、Mo和Fe的含量,同时坡口加工时预留的台阶式深度增加了过渡层、盖面层的堆焊厚度,使复层焊态表面以下3mm处的化学成分也能完全符合标准的要求。
(3)堆焊过渡层、盖面层时,应采用小的热输入、短弧、压道焊和适当层间温度及焊接技术措施;同时选用的焊材中添加了一定量的 Nb Ta元素,增加了合金的稳定性,使堆焊表面具有较好的抗晶间腐蚀能力。
(4)在不影响复层镍基合金性能的前提下,采用合理的热处理工艺方案确保 N08825 Q345复合钢板原有的综合性能,满足此台设备在380℃设计温度下的使用性能。
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