某石化公司催化干氣吸附氫聯(lián)合裝置的一臺核心設(shè)備，主體材質(zhì)為15CrMoR(H)+SUS321，其中基層15CrMoR(H)是在15CrMoR鋼板基礎(chǔ)上研制開發(fā)的臨氫設(shè)備用耐磨板。該材料焊接冷裂紋敏感性較高，焊接過程易產(chǎn)生冷裂紋，因此必須對基層和堆焊層的焊接選擇合適的焊材，制定合理的焊接工藝，才能成功進行15CrMoR(H)+SUS321復(fù)合耐磨板的焊接。
15CrMoR(H)+SUS321復(fù)合耐磨板由化學(xué)成分和物理性能都不同的異種鋼板復(fù)合而成。復(fù)層鋼和基層鋼相比較，復(fù)層鋼有較高的Cr、Ni含量，且其含C量低（ω（C）≤0.10%），化學(xué)成分見表1。
表1 15CrMoR(H)與SUS321的化學(xué)成分（質(zhì)量分數(shù)，%）
基層鋼15CrMoR(H)是珠光體耐磨板，其焊接性能較差，在冷卻速度較大的條件下，有淬硬傾向。熱影響區(qū)是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)，焊接時由于加熱極不均勻，使熱影響區(qū)不斷改變溫度、應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)。焊接熱過程使熱影響區(qū)的晶粒變粗，組織不均勻，導(dǎo)致性能惡化。熱影響區(qū)的關(guān)鍵部位是接近熔合線的粗晶區(qū)，該區(qū)晶粒粗大，性能最易變壞，是產(chǎn)生各種焊接裂紋的最敏感區(qū)域。
在焊縫堆焊層焊接中，直接用E347-16（A132）焊條施焊時，會熔化部分基層，使堆焊層焊縫的合金元素稀釋，導(dǎo)致此處焊縫金屬的碳含量增高，降低了耐磨性能，同時此處焊縫還會形成淬硬的馬氏體組織，易產(chǎn)生裂紋。因此，在基層和復(fù)層交界面上增加一層過渡層，該層選用高CrNi型焊條E309L-16（A062），其焊縫金屬被基層稀釋后，合金成分會降低，但仍可保證結(jié)合區(qū)具有良好的塑性。
復(fù)層鋼SUS321和基層鋼15CrMoR(H)的熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)存在很大差異，材料在加熱和冷卻時會產(chǎn)生很大的應(yīng)力。同時，在施焊過程中，由于加熱和冷卻不均勻，在基層的厚度方向會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力在復(fù)合耐磨板表面形成拉伸應(yīng)力，這兩種應(yīng)力的疊加是復(fù)合耐磨板焊接產(chǎn)生裂紋的主要原因。
可見，對于15CrMoR(H)+SUS321復(fù)合耐磨板的焊接，為保證焊接質(zhì)量，必須選擇適當(dāng)?shù)暮附硬牧?、坡口型式、合理的焊接、熱處理工藝。采取相?yīng)措施后，所有焊縫的一次探傷合格率超過98%，一次返修合格率為100%，符合設(shè)計要求，為今后焊接此類復(fù)合耐磨板積累了寶貴經(jīng)驗。