摘要：S11306+SA387 Gr.11 CL1是低合金钢复合板。基层属于1.25Cr-0.5Mo系珠光体耐热钢，在小于500℃以下具有良好的高温强度、抗氧化性、抗硫化物腐蚀性，广泛应用于煤化工、石油化工行业高温高压容器装置中，执行ASME标准。为提高产品质量，在制作时进行深入研究焊接产生缺陷的因素，针对问题采用不同控制方法，有效提升复合板焊接的工艺水平。
关键词：复合板 施工要素 焊接质量 预防措施
前言：不锈钢复合板焊接与单一材质的压力容器焊接不同，由于基层和复合层的物理性能和化学性能有很大的差异，焊接性能也有很大差异，相对于单一材质的压力容器对焊接工艺的要求更加严格。不锈钢复合板焊接质量控制显得尤为重要，在异种钢焊接过程中既要保证基层焊缝的力学性能，又要满足不锈钢复合层焊缝的耐腐蚀性、抗氧化性能。在材质S11306+SA387 Gr.11 CL1的容器制作过程中，发现几种经常性焊接缺陷和预防措施。
1.下料控制
下料时采用等离子切割，不仅切口切割质量好，而且切口表面的淬硬倾向较小。切割时基层面朝上，由基层向复层切割，调整好切割角度，在切割池内放满水，防止飞溅和烟尘破坏复层。切割后检查外观切割质量，不得有裂纹、豁口、复层剥离等缺陷。如产生缺陷，采用焊接主体的工艺措施进行修补，探伤合格后进行组对。
2.坡口型式选择
不锈钢复合板选择坡口型式原则是在保证焊接质量的前提下，减少填充金属，降低焊缝溶合比，便于焊工操作。薄板不锈钢复合板坡口一般开在复层侧。为使基层焊缝与复层焊缝能够区分开，使用刨床刨掉接头附近的复层金属，刨边宽度不小于5mm，刨边深度应大于复层厚度0.5-1mm（如下图所示）。这样可以避免焊接基层时复层金属溶入到基层焊缝中，造成基层焊缝的硬化与脆化产生裂纹。这种坡口型式虽然增大了过渡层与复层的焊接，但是背面清根是在容器外侧，能够最大程度的保护复层表面，因此该坡口型式广泛应用于薄板不锈钢复合板压力容器的制造。
坡口型式
3.组对控制
组对前将坡口两侧15-20mm范围内的的表面锈、油及表面氧化物打磨干净，直至漏出金属光泽。在复层表面坡口两侧200mm范围内涂上防飞溅涂料。为保证复合板的耐腐蚀要求，复合板组对错边量的控制显得尤为关键，错边量一般控制在复层钢板厚度的50%，且≤2mm，组对间隙控制1-2毫米，严禁强制组对。
4.焊材选用
基层焊接采用手工电弧焊或埋弧自动焊进行焊接，过渡层及复层通常采用手工电弧焊，也可采用药芯焊丝气体保护焊进行焊接。焊材选用基层采用埋弧焊焊丝直径?4mm，焊材型号SU41，焊剂为中性。复层采用药芯焊丝气体保护焊进行焊接，焊材型号ENiCrMo3T1-4。
5.焊接过程控制
5.1基层焊接
焊接时为减少焊接热输入对不锈钢焊缝的作用，不锈钢复合板焊接时先焊接基层焊缝，基层焊接采用埋弧焊进行焊接，焊接时基层焊缝高度要低于基材表面0.5-1mm。防止基层焊缝溶化到不锈钢的复层，使基层焊缝中形成马氏体组织产生裂纹。
5.2过渡层焊接
焊接过渡层前检查基层焊缝余高是否有高出基层表面，如有高出应将基层高出部分进行磨平。焊接过渡层采用药芯不锈钢气体保护焊进行焊接，由于基层对过渡层焊缝的稀释作用，使过渡层的Cr、Ni含量降低，碳向过渡层扩散，使焊缝交界处金属形成增碳层和脱碳层。焊接时采用较小的线能量，减少焊缝稀释率。
5.3复层焊接
复层焊接时为保证焊缝的耐腐蚀性，严格控制焊接热输入，采用小电流快速焊，多层多道焊接采用层层覆盖方式。焊接时应尽量减少焊缝在400-800℃温度区间的停留时间，防止焊缝产生奥氏体晶界贫铬区，从而保证焊缝金属具有良好的力学性能及抗晶间腐蚀性能。
6.焊接常见问题分析
6.1未熔合
焊接时由于选用的焊接参数不合适，按照工艺要求，焊接过渡层时选用较小的焊接线能量，多层多道焊接在实际焊接过程中，由于焊工经验及技能水平不足，使用的焊接电流较小，焊接速度过快，造成坡口两侧停留时间较短，在焊缝两侧产生未熔合现象。
6.2夹渣
焊接时防止坡口两侧产生咬边现象，焊接过渡层时由于填充金属的粘度大流动性不好，焊接产生咬边内的熔渣不宜上浮，焊接金属凝固后纯在焊缝咬边间隙的熔渣形成夹渣。在焊接前对坡口两侧的清理干净，选用合适的焊接规范参数。
6.3裂纹
裂纹本身的预见性就特别低，此外还有形态不一、形成因素复杂等特征，裂纹是绝对禁止出现在压力容器焊接中的。容器制造过程中，内壁堆焊采用药芯不锈钢气体保护焊，焊接收弧时电流突然熄灭，造成熔池中心凝固太快，受周围金属收缩产生的拉应力，导致弧坑裂纹的形成。在焊接时尽量使用能够进行收弧电流衰减的焊接设备，能够使熔池外围金属收缩时能够得到液态金属的补充，减小拉应力。如设备没有电流衰减功能采用反复灭弧填满弧坑，减少弧坑裂纹产生的可能。
6.4气孔
复层采用药芯不锈钢气体保护焊进行焊接，生产效率比较高，变形小，操作简单等优点。在焊接过程中由于热量和成分分布不均匀，导致焊缝中不可避免存在内应力。由于气孔导致应力集中，降低焊缝的疲劳强，增加焊缝的脆性断裂几率。
1）焊接参数的影响：实际焊接过程中使用的焊接参数通常要比焊接工艺规定的参数要大，焊接参数越大，产生飞溅越大，严格按照工艺要求选择焊接参数，提高电弧的稳定性减少气孔产生的可能。
2）焊接速度的影响：焊接速度过快时会造成焊缝两侧咬边，也会降气体低对焊缝的保护作用。
3）气体流量的影响：气体流量过大容易造成紊流，使外界空气进入到熔池，降低气体对焊缝的保护效果。气体流量过小时不能充分保护熔池，使焊缝产生气孔的倾向增大。
4）外界气流的影响：由于CO2保护容易受到外界气流的影响而产生气孔，尤其在夏季施工过程中，焊接时使用风机更是加大产生气孔的可能性。
5)焊丝干伸长度的影响:干伸长度太长，电弧不稳定操作难度增大，同时飞溅较大，可能会破坏保护气体而产生气孔。干伸长度太短，会增加飞溅大量粘到保护喷嘴内壁，导致保护嘴容易堵塞，产生气孔。
6）焊接电流控制，基层焊接电流控制分几部分，第一遍焊接电流要比第二遍小，当焊接速度一定的情况下，基层焊接电流控制在500-580之间，复层焊接电流控制在160-180之间。
7）焊道清理，焊接前先在复层上刷水性墙面涂料，防治飞溅，但在焊接时还是有焊丝头起弧位置粘粘，焊接时同时产生飞溅、药皮，粘附在基层和复层上面，破坏复层表面的氧化膜，采用磨光机和风铲清理干净。
7.设备因素：焊接托辊转动时，筒体发生位移，致使悬臂焊接机与筒体不同步，使堆焊部位出现局部缺陷，对转动托辊进行调整，使转动速度与悬臂焊接焊丝输出同步，仔细检查焊接质量，直至合格为止。
结论：提高S11306+SA387 Gr.11 CL1复合板材料一次焊接合格率，要正确掌握材料、焊材、环境、设备等因素对施工的影响，施工中严格过程控制，在焊接细节上下功夫，运用正确的施工方法会起到事半功倍的效果。