不锈钢复合钢板储罐焊接技术策略研究

肖珍新

中国电子系统工程第四建设有限公司 福维工程科技有限公司 上海 200235

摘要: 随着化工产品的多样性发展，不锈钢复合材料在化工储罐中的选用越来越广泛和普遍。基于常州橡胶新材料的项目建设中的10000立方米的储罐进行了焊接技术研究，该储罐选用了复层为3.5mm厚316L不锈钢，基层选用了10-20mm厚16MnR的钢板通过爆炸成型，在现场施工过程中，主要其焊接性、焊接工艺等方面进行了研究。

关键词：复合钢板、大型化工储罐；焊接安装技术

0引言

随着我国的石油化工工业的蓬勃发展，化工大型储罐有了广泛的应用，在许多高温、高压、易腐蚀的条件和工作状态下，对设备的工作寿命，和设备的强度等提出了更高的要求。复合钢板由于兼具了诸多特性和较高的综合表现性能、相对低的工程造价而被广泛应用。因此，本文介绍了储罐用不锈钢复合钢板的焊接的技术，并对其质量要求进行了概述。

1 大型化工储罐施工特点及施工工艺

大型化工储罐因为其容积大，所以一般在施工现场进行安装和焊接作业，按照设计要求进行排板后，进行板的成形加工，然后采用一定的安装工艺进行组装、焊接，主要具有以下特点：

1. 1. 焊接作业工作量大，对焊接顺序、焊接速度、焊接电流具有相当严格的标准和规范要求；

   2. 焊接部位复杂，底板采用搭接连接、壁板采用对接连接、顶板采用搭接，焊接接头有对接焊缝，也有角焊缝；

   3. 无损检测工作量大，焊缝一般均需要进行着色探伤、对接焊缝按照焊缝长度进行一定比列的射线检测。

2 不锈钢复合钢板的焊接性能

最常见的金属复合钢板为奥氏不锈钢—碳钢复合板，通过爆炸、轧制或爆炸轧制等工艺，将不同特性的不锈钢板与普通的碳钢钢板（碳素结构钢、高强度结构钢）复合。不锈钢具有良好耐腐蚀性能，碳钢钢板价格低廉，市场也易获取、钢板强度高，这两种不同材料的钢板具有不同的化学称分和组织形态，不锈钢具有以下特点：

2.1 具有高的电阻率，约为碳钢的4-6倍；

2.2碳钢具有小的线膨胀系数，约为不锈钢的50%左右；

2.3因为含碳量的不同，不锈钢和碳钢在焊接导热性上不一致，碳钢的热导率约为不锈钢的3倍，

由于材料的基层和复层母材存在较大的差异，在焊接中主要具有以下特点：增加了焊接结晶裂纹倾向，焊接融合区可能会出现马氏体组织，从而可能引起脆性增加，碳钢基层和不锈钢复层中的含Cr量不同，会在焊接融合区与热影响区出现脆化和软化的现象。

由于两种材料在焊接性上具有差异，因而在焊接中需要考虑按照基层和复层的母材进行焊接材料和工艺的选择。应力求将基层焊接尽可能同复层的焊接区分开来，减少两种材料的熔合，防止脆化或软化现象的发生，待基层焊接完成后，然后在其上堆焊过渡层，再进行复层钢板的焊接。

为了保证焊接接头有良好的耐腐蚀性，应避免复层焊缝反复受热，一般应先焊接基层，后焊接复层；复层焊接时选用的焊接材料的金属成分应当尽量与复层钢板材料的金属成分相同，并在选取焊接工艺的时候，考虑以下两种因素：一是复层钢板本身存在的焊接性问题，为防止焊接出现焊接结晶裂纹，避免出现马氏体组织，会允许焊缝的金属成分偏高，以换取含有少量铁素体相的组织；二是尽量避免基层钢板在焊接中对母材的稀释，确保基层和复层材料的良好的焊接性能，不锈钢复合钢板材料，一般情况下的复层厚度不大于5mm，而基层材料一般远厚于复层材料的厚度，所以在焊接过程中对母材的稀释几乎是不可避免，从而会不同程度的影响焊缝的耐腐蚀性能。为了尽量避免这些弊端，一般在复层金属和复层金属的焊接结合间设置一层焊接过渡层来减少对母材的稀释作用，使复层焊缝成分比较接近于复层不锈钢板，而保证其耐腐蚀性能。

3不锈复合钢板的焊接工艺

3.1焊接方法的选择

不锈复合钢板根据其基层或复层的厚度，可以选择不同的焊接方法，一般可以采用手工电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊和惰性气体保护焊等方法，更多情况下，在施工现场制作的大型储罐的焊接作业中采用手工电弧焊。

3.2 焊接材料的选择

不锈复合钢板的焊接焊接材料选择原则如下：

1）过渡层所选用的焊接材料

为了保证复层焊缝合金不受或少受基层金属的稀释，必须选用其铬、镍含量高于复层含量的不锈钢焊接材料，以补偿基层对焊缝金属的稀释作用和焊接过程中合成金元素的烧损，使过渡层焊缝合金成分与复层不锈钢成分相近，并且有良好的塑性和韧性，以避免焊接热裂纹的产生，必要时还可选择纯镍焊接材料。

2）基层焊接材料的选择

选用与基层碳钢（或低合金钢）单独焊接时相同的焊接材料，并以相应的焊接工艺进行施焊。

3）复层焊接材料的选用

原则上与单独焊接不锈钢时的焊接材料相同，焊接工艺也相同。

4）复合钢板焊接材料的选用见下表

序号	焊接部位	焊材	规格
1	碳钢基层打底焊接	H08Mn2Si	ᴓ 2.4mm
2	基层盖面焊接	J422	ᴓ 3.2mm
3	过渡层焊接	H03Cr24Ni13Mo2	ᴓ 2.4mm
4	复层焊接	H00Cr19Ni12Mo2	ᴓ 2.4mm

3.3焊接坡口

坡口形式应有利于减少过渡焊缝金属的稀释率。详见下图：

厚度≤18㎜ 厚度＞18㎜

4焊接顺序

4.1 罐底板焊接的焊接

在焊接拱顶储罐的罐底板时，以“先短后长，先中间后两边”的顺序，分段焊接焊缝部位，将边缘板的侧边约30cm处作为焊缝边缘，由内而外，对称焊接。

4.2 壁板焊接的焊接顺序

先纵缝焊接再环缝焊接，当相邻的上下两圈壁板的纵缝焊接完成之后，再进行这两圈壁板之间的环缝焊接。壁板纵缝靠近环缝的部位预留150mm，待环缝焊接时一并完成该段的焊接；环缝焊接时焊工要均匀分布、同向匀速进行。

4.3 罐顶板的焊接顺序

先进行每一块顶板的短缝的焊接，然后间隔进行长缝的焊接，顶部的接管焊接在顶板的连接焊缝焊接工作结束之后进行，接管对接焊缝采用手工钨极氩弧焊，角焊缝采用手工电弧焊。

4.4复合钢板之间的焊接顺序

首先焊接基层，完成后对其焊缝进行外观和内部质量检查，确定焊缝质量达到合格标准后，在复层钢板一侧进行打磨直至露出基层焊缝为止，待焊处修磨成园弧形，焊前应略低于复层钢板约1至2mm，然后焊接隔离层，其焊缝一定要熔化复层不锈钢板一定厚度，在保证焊透的情况下，为了减少合金元素的稀释；尽可能采用小电流、快焊速，焊条不作横向摆动。达到合格标准后，最后在隔离层上焊接不锈钢复层，其熔化宽度和深度尽量保持均匀一致，尽量选择超低碳的焊接材料，提高焊缝金属的耐蚀性能；选用小的热输入，使其在600℃至1000℃区间停留时间越短越好，避免晶间腐蚀倾向。

不锈复合板的搭接接头和角接接头处理原则如下图所示：

5. 结束语

综上所述，在焊接复合钢板材料的大型化工的储罐焊接工作时，不仅需要进行仔细的焊接工艺准备，同时还需要严格按照有关的大型储罐的施工标准和规范进行施工，以确保储罐的焊接质量。由于大型化工储罐中通常会放置一些易燃、易爆、有毒、易挥发等气体，因此化工储罐好需要确保密闭性。在焊接安装完毕后，需要多次检测储罐的结构是否达到要求，保证储罐使用时的安全性。

参考文献

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