不锈钢复合材料压力容器焊接质量控制措施

摘要：本文在充分了解不锈钢复合材料压力容器性能特点的基础上，对其焊接技术要点及质量控制措施进行了分析与探究。

关键词：不锈钢复合材料;压力容器;焊接

一、不锈钢复合材料压力容器性能特点

根据国际化标准组织（ISO）的定義，复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。其中，一种材料为基体，其它材料为增强体组合而成的材料各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，不但具有可设计性材料与结构的同一性。在压力容器应用不锈钢复合材料，具备优良的化学稳定性，及减摩耐磨自润滑、耐热、耐疲劳和电绝缘等性能，不锈钢复合材料的优良性能使得尤其制造而成的压力容器具有独特的特点和优良性能：

1.机械强度高，目前不锈钢复合材料的增强材料主要为一些纤维产品，复合材料中的大量增强纤维，使得材料过载而少数纤维断裂时，载荷会迅速重新分配到未破坏的纤维上，使整个构件在短期内不至于失去承载能力;由于纤维材料本身强度高，形变性能好，与基体材料结合后强度性能会提高数倍;制成的容器质量好、刚性好、强度高。

2.容器密度小，不锈钢复合材料压力容器基体材料为金属、陶瓷和一些聚合物等，本身密度不是很大，与增强材料融合更加降低了其密度值，因而相应的压力容器密度也会随之降低。

3.耐腐蚀好，与传统金属相比，不锈钢复合材料的耐腐蚀性能明显提高，不需要做特殊处理即能满足耐腐蚀的要求，所以不锈钢复合材料压力容器耐腐蚀性也相应由于一般金属压力容器。

4.韧性好，在压力作用下，钢制压力容器破坏具有突发性，而不锈钢复合材料压力容器的生产中材料与基体有效结合，可以使载荷平衡传递，防止裂纹扩展，提高了材料的断裂韧性，从而提高了压力容器的抗压性能。

二、不锈钢复合材料压力容器焊接要点

（一）焊接方法

在焊接不锈钢复合钢板时，通常采用焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、C02气体保护焊及等离子弧焊等焊接方法。目前常用钨极氩弧焊或焊条电弧焊焊接复层，用埋弧焊或焊条电弧焊焊接基层。

（二）坡口形式

对接接头坡口形式可采用V形、X形、V和U联合形坡口。也可以在接头背面一小段间隔内进行机械加工，去掉复层金属，以确保焊接基层焊道时不使基层焊肉焊到复层上。一般尽可能采用X形坡口双面焊，先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层，以保证焊接接头具有较好的耐腐蚀性。

同时，还应考虑过渡层的焊接特点，尽量减少复层一侧的焊接工作量。无论复层位于内侧或外侧，均先焊接基层。复层位于内侧时，在焊复层以前应从内侧对基层焊根进行清根。复层位于外侧时，应对基层最后焊道进行修磨光。焊复层时，先焊过渡层，再焊复层。

（三）填充金属选择

在大多数情况下，选用合适的中间填充金属作为钢的过渡层，从而控制复层金属终极焊道的含铁量，避免复层和基层处焊道产生脆化、裂纹等，保证复层焊道的耐蚀、耐磨等特殊性能。

（四）焊接顺序及焊材选用

1.通常先焊基层，第一道基层（碳钢、低合金钢）焊缝不应熔透到复层金属，以防焊缝金属发生脆化或产生裂纹。

2.焊（堆焊）复层一侧时，必须考虑稀释的影响。所以在焊接复合板的复层时，应选择合适的填充金属先堆焊一层或多层过渡层，然后再焊复层。过渡层的填充金属必须能容许基层钢的稀释。

3.根部可用碳弧气刨、铲削或磨削法进行清根。在堆焊过渡层前，必须清除焊根坡口中的任何残余物。

4.要焊后热处理以消除焊接残余应力，选择热处理温度时应考虑：基层和复层的热处理规范的差异;对复层耐蚀性的影响;基层和复层界面的元素扩散是否会产生脆性相，导致钢板性能恶化;由于基层和复层的物理性能差异，导致复层产生应力腐蚀开裂等。

（五）焊后热处理

消除应力热处理可在焊完基层后进行，然后焊过渡层，再焊复层。热处理温度取下限，延长保温时间。

三、不锈钢复合材料压力容器焊接质量控制措施

1.编制压力容器焊接工艺时，给出的焊接规范是一个范围，这有利于焊工操作。但在实际焊接过程中，焊接参数是一个给定值（表值）。有的制造厂在焊接检查记录中填写的焊接参数与焊接工艺一样（是一个范围）。这是不真实的，也是不负责任的。因此，焊接参数控制必须以焊机上的表读显示数值为准，焊接记录也必须填写这个表示值。这一点应当予以足够的重视。焊接质量就是靠焊接参数来保证的。焊接参数记录不能反映实际情况，甚至不按焊接参数施焊，那后果不堪设想，所以，必须真实记录实际施焊参数。另外一个参数是焊接速度，这是焊接过程中保证线能量（焊接输入热）的关键环节。在制造低温容器时，要求焊工一根焊条在保证焊接质量的前提下，尽量增加焊接长度。

2.焊接基层时，由于板厚较大，焊接接头承受有较大的拘束应力;在焊接热循环的作用下，热影响区易产生马氏体淬硬组织，使焊接接头硬度和脆性增加，韧性和塑性显著降低。这些因素都会导致焊接裂纹的产生。为了有效预防焊接裂纹的产生，可采取的措施有：选用低氢型焊条;焊条使用前按要求进行烘干;仔细清理坡口表面水、油、锈等杂质;选择合理的焊接工艺参数，如焊前预热、焊后缓冷、采取多层多道焊、控制层间温度等;选择合适的施焊顺序，以减小焊接应力等。

3.焊缝返修必须编制返修工艺，经焊接责任人审核后依据返修工艺进行返修，对焊接接头的同一部位的返修次数超过2次以上的返修，需经单位技术总负责人批准。返修的现场记录应详细，至少包括坡口型式、尺寸、返修长度、焊接工艺参数（焊接电流、电弧电压、焊接速度、预热温度、层间温度、后热温度和保温时间，焊材牌号及规格，焊接温度等）和施焊者及钢印等。要求焊后热处理的压力容器，应在热处理前焊接返修;如在热处理后进行返修，返修后应再作热处理。有抗晶间腐蚀要求的不锈钢制压力容器，返修部位仍需保证原有的抗晶间腐蚀性能。压力试验后需返修的返修部位，必须按原质量要求经无损检测合格，由于焊接接头或接管泄漏而进行返修的，或返修深度大于1/2壁厚的压力容器，还需重新进行压力试验。

四、结束语

综上所述，现代社会的快速发展，促使科学技术的发展势头越来越迅猛，各种不同类型的材料被广泛应用到实践中，因此，不锈钢复合材料的整体焊接质量直接对其使用效果产生影响，特别是在压力容器中，具有重要的影响和作用。不锈钢复合材料的焊接具有特殊性，在具体操作过程中，需要注意的问题是要科学合理的保证焊接坡口的形式，同时在焊接过程中，需要焊接工作人员持证上岗，保证焊接整个流程的有效性和可操作性。同时还应当采取有针对性的措施对其焊接质量进行严格把控，从而保证产品焊接质量得到有效提升。

参考文献：

[1]杨旋，史长根，葛雨珩，史和生，赵林升压力容器用钛-钢复合板的三种制造工艺[J].压力容器，2016，33（12）：64-70.