啤酒不锈钢发酵罐底部裂纹焊补工艺初探

摘 要：本文在对啤酒不锈钢发酵罐的化学成分、力学性能以及焊接性进行分析的基础上，介绍了啤酒不锈钢发酵罐底部裂纹的手工电弧焊焊补工艺。

关键词：啤酒不锈钢发酵罐 裂纹 手工电弧焊 焊补

某单位所使用的啤酒发酵罐规格为直径5000mm、高17000mm，有效容积300m3，由厚120mm的0Cr17Ni12Mo2钢板制造。发酵罐的工作介质呈酸性，且工作过程中受到热应力的影响，使用一段时间后发现在发酵罐底部产生了数条裂纹。为了节省时间、降低成本，决定采用手工电弧焊对裂纹进行焊补修复。

一、焊接性分析

1.0Cr17Ni12Mo2不锈钢的性能特点

本案例中母材0Cr17Ni12Mo2属于典型的奥氏体不锈钢，具有良好的耐腐蚀性和综合力学性能，多用于制造要求具有耐腐蚀性、抗氧化性、耐高温和超低温度的零件及设备。0Cr17Ni12Mo2的化学成分和力学性能如表1、表2所示。

2.0Cr17Ni12Mo2不锈钢的焊接性

（1）晶间腐蚀。室温下碳在奥氏体中溶解度很小，约为0.02%～0.03%。本案例中母材含碳量（≤0.08%）远超过0.02%～0.03%，因此只能在淬火状态下使碳固溶在奥氏体中。但是这种淬火状态的奥氏体不锈钢重新加热到450℃～850℃或长期在该温度下工作时，易产生晶间腐蚀。

为防止晶间腐蚀，可采取以下措施：①采用添加钛或铌等元素的不锈钢焊条或采用碳含量≤0.08%的焊条；②焊后除钝化和抛光处理外，还要进行固溶处理；③减少线能量，采用小电流、大焊速、短弧、多道焊、水冷等措施；④采用双相组织，在焊缝中加入铁素体形成元素，如铬、硅、铝、铜等，从而形成奥氏体和铁素体组织。

（2）热裂纹。奥氏体不锈钢固、液相线相差大，结晶时间长，低熔点杂质偏析严重且集中在晶界处，导热性差，线膨胀系数大，易产生较大的焊接残余应力，导致热裂纹产生。

为防止热裂纹，可采取以下措施：①采用双向组织的焊条；②使用碱性焊条，采用小电流、快速焊，收尾时尽量填满弧坑；③采用优质焊条，减少硫、磷等有害元素的来源。

二、焊接工艺

1.焊前准备

ZX7-400直流焊机1台，小锤1把，角磨机1台。用等离子切割将需焊补处加工成60°左右的V形坡口，坡口两侧20～30mm范围内用丙酮清理干净，并涂石灰粉，以防止飞溅伤害操作金属表面。

2.焊接材料的选择

为保证焊缝金属的主要合金元素不低于母材，并考虑抗热性、抗腐蚀性，选用含有稳定剂铌（Nb）的焊条，如A207，见表3。

为了控制氢的来源，减少气孔的产生，焊条在使用前应在350℃～400℃烘干1～2.5h，放在专用的保温筒中随用随取。

3.焊接工艺要点

为保证电弧稳定防止飞溅，采用直流反接；由于不锈钢的电阻较大，且导热性差，焊接电流要比同直径的碳钢焊条小20%（见表4），既保证所需熔深，又防止过热；熔池冷却速度要快，通过敏化区间（450℃～850℃）的速度更要快，必要时采取冷水降温，以免产生晶间腐蚀；焊接时采用短弧，以减少合金元素的烧损；焊条不作横向摆动，一次焊成的焊缝宽度不宜超过焊条直径的3倍；运条要稳，收弧要慢，弧坑要填满；每焊完一层后要用小锤均匀敲击焊缝，减少内应力，防止热裂纹产生，用角磨机清理焊缝，并认真检查焊缝是否有缺陷；采用多层焊时，要等前一道焊缝冷却后再焊下一道焊缝，层间温度不超过60℃；焊缝尽可能一次焊完，少中断、少接头；焊缝表面应光滑、平整，无残渣；禁止在容器表面任意打弧。

4.注意事项

施焊过程中应注意：打底间隙为3±2mm，施焊在焊缝内引弧；焊前温度控制在60℃左右，连续的点焊时为防止温度过高，必要时要用简易自制冷水系统降温；焊完后为增加不锈钢的耐腐蚀性，表面应采用钝化和抛光处理。

采用本方案焊补处理后，通过检验质量合格，降低了生产成本，提高了生产效率，值得广大同行借鉴。