復(fù)合鋼板后置洗滌器的焊接及缺陷處理

吳正林(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司 天津 300459)

0 引言

復(fù)合鋼板是以低碳鋼或低合金鋼等為基層，以不銹鋼、鈦板、鎳基合金等高性能合金為覆層，通過(guò)焊接、復(fù)合軋制等制造而成的雙層技術(shù)復(fù)合鋼板。在服役時(shí)，實(shí)現(xiàn)了基層能夠滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度等性能要求，覆層滿足耐磨、耐蝕等性能要求[1]。節(jié)省成本的同時(shí)又能滿足性能要求，故有很高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2-3]。本文以某海洋平臺(tái)后置洗滌器制造項(xiàng)目為例，3 臺(tái)后置洗滌器均為壓力容器，設(shè)計(jì)壓力為8.3 MPa，工作壓力為7.3 MPa，設(shè)備材質(zhì)為復(fù)合鋼板，制造難度較高。結(jié)合復(fù)合鋼板的焊接特點(diǎn)，制定了適宜的焊接工藝，針對(duì)出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行定位和分析，并采取了相應(yīng)的返修措施，最終達(dá)到了性能要求。

1 焊接工藝

本復(fù)合鋼板后置洗滌器制造項(xiàng)目中，奧氏體不銹鋼復(fù)合板以不銹鋼S31603 為覆層，以碳鋼Q345R 為基層，其中碳鋼層的厚度為36 mm，不銹鋼層的厚度為4 mm。

為提高焊接效率，采用了埋弧焊進(jìn)行基層的填充，故坡口形式為不對(duì)稱X 形(基層2/3(外口)，覆層1/3(內(nèi)口))，坡口形式詳見(jiàn)圖1，要選用合理的焊接順序，焊接順序詳見(jiàn)圖2，具體焊接工藝如下：

(1)使用CHE507RH 焊條從內(nèi)口焊接打底2 層，焊條的直徑為3.2 mm，焊接選用電流為97～110 A，焊接選用電壓為22～25 V；

(2)正面清根后，再使用CHE507RH 焊條從焊縫外口正面打底一層，填充一層；焊條的直徑為3.2 mm，焊接電流為110～120 A，焊接選用電壓為22～25 V；

(3)采用埋弧焊填充蓋面，焊接材料為CHW-S3R 焊絲與CHF101R 焊劑；焊接選用電流為500～550 A，焊接選用電壓為33～36 V；

(4)背面使用TS-309MoL 焊條完成剩余碳鋼層、以及過(guò)渡層的焊接；焊條的直徑為3.2 mm，焊接選用電流為90～100 A，焊接選用電壓為22～25 V；

(5)最后進(jìn)行不銹鋼層的焊接，焊接材料選用TS-316L 焊條，焊條的直徑為3.2 mm，焊接選用電流為100～110 A，焊接選用電壓為23～26 V。

圖1 坡口形式

圖2 焊接順序

2 焊接缺陷分析

按照工藝進(jìn)行復(fù)合鋼板后置洗滌器的焊接，在焊后48 h，對(duì)焊縫進(jìn)行射線探傷(RT)，探傷比例為100%。焊縫內(nèi)出現(xiàn)氣孔、夾渣、未融合、裂紋等焊接缺陷，3 臺(tái)后置洗滌器缺陷長(zhǎng)度分別為307 mm、480 mm、398 mm(表1)。經(jīng)過(guò)核查焊接工藝、焊接人員資質(zhì)及能力、焊材管控、焊接記錄等過(guò)程文件，針對(duì)缺陷出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析。

表1 缺陷情況統(tǒng)計(jì)

氣孔、夾渣、未融合產(chǎn)生的原因?yàn)椋簱?dān)心清根后，導(dǎo)致外坡口的焊接出現(xiàn)焊穿，故在清根時(shí)，局部打磨不徹底，坡口夾角小，焊接電流過(guò)小。根據(jù)焊材烘干記錄及工藝文件，CHE507RH焊條烘干溫度為350 ℃，根據(jù)大西洋公司官網(wǎng)，本焊條的建議烘干溫度為380～400 ℃。CHF101R 焊劑的烘干溫度為200 ℃，根據(jù)相關(guān)資料，本焊劑的烘干建議溫度為300 ℃。故有可能因?yàn)楹附硬牧系暮娓晌礉M足要求，導(dǎo)致氣孔等的產(chǎn)生。連續(xù)性?shī)A渣、未融合產(chǎn)生的原因?yàn)椋阂虻谝坏缆窕『甘褂靡?guī)格為Φ4.0 的焊絲、焊接時(shí)電流為500 A，焊接電壓35 V，此工藝參數(shù)是針對(duì)清根效果滿足要求的情況下實(shí)施的焊接.但是在實(shí)際施焊時(shí)，清根效果不理想，施焊過(guò)程中，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)容器筒體會(huì)向一個(gè)方向縱向移動(dòng)，焊接人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行微調(diào)焊絲與焊縫的中心，由于氣刨后使得焊縫處理不規(guī)則，導(dǎo)致埋弧焊時(shí)焊劑覆蓋無(wú)法保證焊絲正處于焊道中心位置。

針對(duì)出現(xiàn)裂紋的原因進(jìn)行核查，重點(diǎn)考慮因素如下[2]：(1)裂紋出現(xiàn)在碳鋼與不銹鋼復(fù)合層連接處，分析原因可能為卷管過(guò)程中材料本身出現(xiàn)裂紋；(2)若裂紋出現(xiàn)在碳鋼與復(fù)合層連接上下3 mm 處，有可能為過(guò)渡層的焊接問(wèn)題。針對(duì)裂紋進(jìn)行細(xì)致的UT 復(fù)查和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際打磨確認(rèn)，缺陷位置均位于碳鋼層(25～28 mm)，發(fā)現(xiàn)為碳鋼層焊接出現(xiàn)的焊接缺陷。經(jīng)過(guò)分析，原因?yàn)榇虻浊甯?，在?nèi)口焊肉僅剩余2 mm 的情況下就進(jìn)行外口填充，由于焊接收縮及應(yīng)力釋放導(dǎo)致出現(xiàn)焊接裂紋。

3 返修處理方案

3.1 缺陷定位及清除

(1)返修前需確定缺陷位置，采取射線檢測(cè)和超聲波檢測(cè)綜合定位等方式對(duì)缺陷進(jìn)行定位。根據(jù)射線探傷結(jié)果顯示，缺陷位置均位于碳鋼層(25～28 mm)，故返修在碳鋼層進(jìn)行；

(2)缺陷的清除，采用碳弧氣刨清除氣孔、夾渣、未融合等缺陷。針對(duì)裂紋，若缺陷深度較淺，必須采用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨。若缺陷深度較大，考慮到返修的工作效率，可采用氣刨至缺陷上方3 mm 處時(shí)，改用砂輪機(jī)打磨，方式為由上至下打磨。磨削成U 形，槽長(zhǎng)大于60 mm。最底部的槽寬3 mm 以上，磨削長(zhǎng)度要延伸100 mm 以上。打磨過(guò)程中要密切觀測(cè)，打磨至肉眼看不到缺陷為止，再進(jìn)行PT/MT 檢測(cè)，直至檢測(cè)不到裂紋或者其他缺陷為止。打磨時(shí)要控制在合適的深度，平緩圓滑過(guò)渡，不能影響原有的過(guò)渡層焊縫[3]。

3.2 焊接返修

3.2.1 焊工資格的審查

(1)電焊工的焊接資格必須滿足焊接返修的需要，具備相應(yīng)的資格證書(shū)，在規(guī)定的資質(zhì)范圍內(nèi)進(jìn)行施焊，并在有效期內(nèi)合格。

(2)基于焊接返修次數(shù)的限制，要專門(mén)安排探傷后未發(fā)現(xiàn)缺陷的、技術(shù)過(guò)硬的焊工負(fù)責(zé)本次返修，在施焊前進(jìn)行充分的練習(xí)，確保焊接時(shí)可一次滿足要求。

3.2.2 焊接返修實(shí)施

(1)結(jié)合返修工況，充分考慮焊接坡口、厚度等因素，制定合格的返修焊接工藝。嚴(yán)格按照返修工藝進(jìn)行，控制層間溫度、做好焊前預(yù)熱等措施。

(2)在進(jìn)行施焊前，要確保焊條烘干、焊口打磨干凈、坡口角度合理、層間清理徹底、焊道分布合理等，焊前清理要祛除油污、鐵銹等。

(3)焊接返修時(shí)，要充分考慮焊接環(huán)境的影響，包括風(fēng)速、濕度等，若不滿足要求，要做好相應(yīng)的防護(hù)措施。

(4)焊接時(shí)，認(rèn)真清理焊渣，并及時(shí)進(jìn)行檢查。層、道焊接時(shí)，出現(xiàn)了缺陷，要予以清除，并進(jìn)行補(bǔ)焊，確?？刂坪脤?、道間的焊接質(zhì)量。

(5)補(bǔ)焊按照既定的焊接返修工藝進(jìn)行，本次返修區(qū)域在碳鋼層，故按照返修焊接工藝，使用CHE507RH 焊條進(jìn)行返修并將焊縫表面修磨整齊。當(dāng)坡口根部觸及不銹鋼層的焊縫金屬時(shí)，則需用TS-309MoL 焊條完成至少進(jìn)行兩層打底，進(jìn)行堆焊，確保覆蓋碳鋼層后再使用CHE507RH 焊條進(jìn)行焊接。堆焊完成后，要檢查焊接質(zhì)量，不能存在裂紋、夾渣等缺陷，避免返修時(shí)產(chǎn)生新的缺陷。

3.3 返修后的檢測(cè)

(1)外觀檢測(cè)：進(jìn)行目視檢測(cè)，確保所有的焊接接頭表面不能存在氣孔、裂紋、夾渣等缺陷；

(2)焊后24 h，進(jìn)行MT 檢測(cè)，要求滿足磁粉檢測(cè)(MT)Ⅰ級(jí)要求；

(3)焊后48 h 進(jìn)行射線探傷，檢測(cè)返修效果。

對(duì)于返修部位的檢測(cè)，焊后48 h 后，對(duì)返修部位及其兩端延伸20%長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行射線探傷，核實(shí)缺陷是否被清除及有無(wú)新的缺陷產(chǎn)生。經(jīng)過(guò)返修處理，清除了焊接缺陷，無(wú)新的缺陷產(chǎn)生，滿足了質(zhì)量要求。

4 結(jié)語(yǔ)

焊接是復(fù)合鋼板后置洗滌器制造的重要環(huán)節(jié)，本文針對(duì)后置洗滌器焊接時(shí)出現(xiàn)的焊接缺陷進(jìn)行了定位和分析，并提出了解決措施。在實(shí)際焊接過(guò)程中，為了有效防止焊接缺陷產(chǎn)生，要制定合理的焊接工藝，對(duì)過(guò)渡層焊接予以重點(diǎn)管控。在返修時(shí)，要有效的進(jìn)行缺陷定位和清除，嚴(yán)格執(zhí)行返修方案，焊后對(duì)返修部位及其兩端延伸20%長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行射線探傷，消除缺陷的同時(shí)，避免產(chǎn)生新的缺陷。