浙江至德钢业有限公司承接一台生成油脱硫化氢塔，设计压力为0.93MPa，设计温度为250℃，介质为生成油、硫化氢、水蒸气，属I类压力容器。主体材质为20R＋SUS321（相当于我国钢号06Cr18Ni11Ti），厚度为（12＋3）mm，焊缝系数为1。要求焊后对A、B类焊缝进行100％X射线检测Ⅱ级合格，复层进行着色检查。设备主材是由20R和SUS321两种钢材经爆炸复合而成，为BI标准，即结合率为100％。
一、不锈钢复合钢板焊接特点
复合钢板的基层主要满足结构强度和刚度的要求，复层满足耐蚀、耐磨等特殊要求。由于基层与复层是两种化学成分、力学性能差别很大的金属复合而成，焊接时应对基层和复层分别进行焊接。而过渡层的焊接属于异种钢的焊接，其焊接性能要兼顾基层和复层两种钢材的性能。如果焊材或焊接参数选择不当，往往由于基层焊接时可能熔化不锈钢复层，使合金元素渗入而导致基层严重脆化，甚至产生裂纹。而复层的焊缝可能遭到严重稀释，降低其塑性及耐蚀性。因此，过渡层的焊接材料和焊接参数的选择成为复合钢材焊接的关键。
二、焊接工艺试验
1. 坡口形式的选择
由于此设备介质含有H2S及水蒸气，易产生应力腐蚀，工况条件比较恶劣。按设计图样要求，选用图5-24所示的坡口形式和尺寸。
这种类型坡口形式有下列优点：第一，基层可采用埋弧焊，以提高效率，保证焊图5-24 坡口形式及尺寸缝质量；第二，焊接过渡层时熔合比小，可降低焊缝的稀释率，且保证过渡层焊缝的性能；第三，能避免基层金属焊到复层上，以保证复层的耐蚀性。
2. 焊接方法的选择
由于该设备直径大，基层厚度达12mm，因此基层可采用埋弧焊完成，而过渡层和复层可选用焊条电弧焊、气体保护焊等方法。不锈钢药芯焊丝自问世以来，以其电弧燃烧稳定、焊接飞溅小、质量好及生产效率高、综合成本低等得到肯定。其中CO2气体对药芯焊丝没有明显的增碳现象且对耐蚀性与其他焊接方法相当。因此，选用药芯焊丝CO2气体保护焊来焊接过渡层和复层。
3. 焊接材料的选择
复合钢板焊材的选择应遵循下列原则：①. 基层焊接选择与基层强度相当的焊材，以保证焊缝的抗拉强度不低于基层母材标准规定的下限值；②. 复层焊接选择与复层化学成分相当的焊接材料，以保证焊接接头的耐蚀性不低于复层钢板的性能；③. 过渡层焊材的选择要考虑基层对焊缝的稀释作用，需采用使合金成分比复层合金成分较高的焊材。所选焊材的化学成分及力学性能见表5-49。
4. 焊接参数
采用松下KRFII-350型CO2气体保护焊机。对厚度为（12＋3）mm的20R＋SUS321 钢板进行焊接工艺试验。通过调整工艺参数，当I＝140～150A，U＝22～24V，CO2气体流量为20～25L／min时，电弧稳定、飞溅小、焊波细密成形式最好，并经X射线检测无任何超标缺陷。焊接顺序如图5-25所示。
5. 化学成分分析
焊后分别在焊缝的复层表面和距表面5mm处（过渡层）进行化学成分取样分析，结果见表5-50。
从表中可以看出：过渡层和复层均采用了CO2气体保护焊，焊缝并无增碳现象。复层焊缝的化学成分基本与母材相当，且S、P得到较好的控制，能满足设备的耐蚀性的要求。
6. 应力腐蚀
对于含湿H2S介质的设备，严格控制焊缝硬度小于或等于22HRC，可降低产生应力腐蚀的倾向。做了横向剖面试样，在横断面的过渡区和表面进行了硬度测试，其硬度值均在20HRC以下。
7. 晶间腐蚀
由于不锈钢药芯焊丝中含有稳定化元素Mo且S、P含量低，焊缝复层金属按GB/T 4334.5进行晶间腐蚀试验，全部合格，焊接接头未出现晶间腐蚀裂纹。
三、焊接工艺评定
在正式焊接产品前，根据JB 4708-2000要求进行了焊接工艺评定，工艺评定焊接参数见表5-51，力学性能结果见表5-52。
四、产品焊接
1. 焊前准备
不锈复合钢板采用等离子切割机下料，切割时复层朝上，从复层侧开始切割，避免将切割熔渣溅落在复层表面上。坡口采用刨边机加工，钢板在组装和施焊前将坡口内处两侧各50mm范围内的油、锈清理干净，并避免复层表面受碳钢污染。
2. 组装
筒体组对时以复层侧为基准进行定位焊，严格控制错边量≤1.0mm，定位焊在基层侧进行，禁止基层焊材焊到复层上。
3. 焊接要点
a. 焊接时先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层。基层的焊接采用埋弧焊先焊内侧，焊完后从外侧清根，再焊外侧焊缝。焊接时避免将基层焊缝焊接到复层上，并控制内侧焊缝表面距过渡层距离1.5～2.0mm。
b. 过渡层采用CO2气体保护焊，不锈钢药芯焊丝E309LTO-1／ф1.2mm进行2道排焊，严格控制道间温度≤80℃。控制焊缝表面距离为0.5～15mm，过渡层焊缝应同时熔合基层母材和复层母材，且应盖满基层和母材。焊完后用着色检测焊缝表面，无缺陷后才能进行复层的焊接。
c. 复层焊接采用E347T1-1／φ1.2mm进行3道排焊，焊接时严格控制道间温度≤80℃。要求焊缝成形美观，表面无任何气孔、夹渣、咬边和未熔合等缺陷，以减少焊缝产生应力腐蚀的倾向。
d. 焊接全过程应严格执行焊接工艺规程，并采用小的热输入快速焊。
五、检验结果
焊接完毕后，对产品的纵、环缝进行了100％X射线检测，焊接一次合格率达到98％，未出现裂纹、未熔合等缺陷，复层经100％着色检测检查，达到100％Ⅰ级合格。随产品焊接的试板进行了力学性能试验，完全达到了设计图样的要求。
