不锈钢复合板的焊接质量控制

不锈钢复合板的焊接质量控制

徐光月

中能建建筑集团有限公司  安徽合肥  230088

摘要：针对不锈钢复合板Q235B+1Cr13，从焊接性能分析、焊接方法、焊接坡口、焊接材料的选用、焊接参数、焊接检验等几方面进行探讨，总结焊接工艺措施和质量控制的办法，并将其成功运用于实际焊接生产中，对日后同类项目的工程安装有较大的借鉴意义。

关键词：不锈钢复合板；焊接性能、焊接工艺；质量控制

1、引言

不锈钢复合板是由碳素钢或合金钢为基层，不锈钢为复层，以轧制等方法制成的双金属复合钢板。不锈钢复合板一般以基层来保证其强度，由复层来保证其耐腐蚀性能和耐磨性能。它既具有不锈钢的美观耐用性、成型性、耐腐蚀性、耐磨性等优良性能，又有碳素钢高强度、低成本的优点。近年来随着火力发电站装组容量和技术的不断提高，不锈纲复合板在电站传统领域，如钢煤斗、风道、烟道等设备上得到广泛应用。

2、焊接性能分析

不锈钢具有良好的焊接性能，但其与碳钢之间的热物理性能差异较大，这会对不锈钢 - 碳钢复合板的焊接造成一定的困难。其次在不锈钢熔焊时，过热碳化物会被溶解，铬的碳化物会沿晶界析出造成晶界腐蚀现象，从而使不锈钢在焊接时焊接接头会产生热裂纹。不锈钢复合板具有基层，双层和过渡层。基层保证强度，多层保证耐腐蚀性，过渡层是根据焊接工艺的需要而添加的。

不锈钢复合板材质为Q235B+1Cr13，复层1Cr13为马氏体不锈钢，它与基层低合金钢Q235B的物理性能差别较大。

不锈钢复合板中的复层1Cr13不锈钢，其组织以马氏体为基体。属于马氏钢，焊接性差，有强烈的冷裂倾向，且导热性差，焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织，钢中含碳量越高，冷裂倾向越大。焊接时在温度超过1150℃的热影响区内，晶粒显著长大。过快或过慢的冷却都可能引起接头脆化。1Cr13钢焊后冷却速度小于10℃/s时，在热影响区将得到粗大的铁素体加碳化物组织，使塑性显著降低；当冷却速度大于40℃/s时，则会产生粗大的马氏体组织，同样也使塑性下降。

1Cr13不锈钢无论焊前原始状态如何，冷却速度较快时，近缝区必会出现硬化现象，形成粗大马氏体的硬化区。对于1Cr13马氏体不锈钢钢，由于焊缝成分特点往往使其组织处于舍夫勒焊缝组织中的M和M+F的边界区，再冷却速度较小时，近缝区会出现粗大的铁素体，塑性和韧性也明显下降。所以焊接时的冷却速度也是一个重点。

复层马氏体不锈钢焊接所遇到的主要问题就是冷裂纹。钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布，以及接头所承受的拘束应力状态是导致焊接接头产生冷裂纹的主要原因。

不锈钢复合板其化学成分见下表：

3、焊接工艺

3.1焊接坡口

不锈钢复合板下料采用等离子切割，切割前，必须将钢材表面切割区域内的铁锈、油污等清除干净；切割后，清除边缘上的熔瘤和飞溅物等。坡口的制备采用等离子切割，机械加工的方法，且应将割口表面的氧化物、熔渣及飞溅物清理干净，并将不平处修理平整。焊前检查对口装配质量，焊口内外表面每侧10-15mm范围内的油漆、垢、锈应清理干净，内壁应齐平，局部错口不大于壁厚的10%。，且不超过1mm。

坡口型式及尺寸如下图：

其中α＝60°；δ=15mm为壁厚； b =0-3mm；p=2-4mm  

3.2焊接方法

3.2.1基层焊接方法

由于不锈钢复合板基层为板材焊接背面机械清根，而焊条电弧焊能在所有位置上进行焊接，所使用的焊接设备也轻便简单，成本较低，操作灵活，便于掌握。

3.2.2过渡层焊接方法

不锈钢复合钢板过渡层的焊接是整个复合钢板焊接的难点，为防止基层金属对过渡层焊缝金属的稀释，因此焊接时要尽量减少熔合比，以减低对焊缝金属的稀释作用。母材的熔合比与许多因素有关，其中焊接方法是最重要的影响因素。使用奥氏体钢或镍基合金填充材料焊接或堆焊时，各种焊接方使用焊条电弧焊的熔合比比较低，变化范围较小，因而焊缝成分比较稳定，这也是目前不锈钢复合钢板过渡层焊接最常用的焊接方法。

3.2.3复层的焊接方法

复层为1Crl3马氏体不锈钢，且比较薄，一般采用钨极氩弧焊或焊条电弧焊，从生产成本考虑，应选用焊条电弧焊。

3.3焊接焊工

3.3.1基层焊工必须持有相应基材或相应类别的焊工合格证。

3.3.2焊接过渡层和复层的焊工，按《焊工技术考核规程》的规定。

3.4焊接材料的选用

3.4.1基层焊材的选用

为保证使用性要求，焊接成分应与母材相同。碳钢层焊接宜选用碱性低氢钠型焊条E5015(J507)焊条，以提高焊缝的强度，其抗裂性较好。

3.4.2过渡层和复层焊材的选用

对于马氏体不锈钢，若采用马氏体不锈钢焊条焊缝金属容易形成粗大马氏体与铁素体的混合物，硬而脆易产生裂纹。为防止冷裂纹，应选用铬、镍等合金元素含量高和含碳量低的焊接材料，同时，还应考虑焊缝的抗裂性和控制焊缝的稀释率。所以过渡层和复层采用A302不锈钢焊条，A302是钛钙型药皮交直流两用的不锈钢焊条，可用于焊接相同类型的不锈钢、异种钢，熔敷金属具具有良好的抗裂性及抗氧化性，并且能降低焊缝中碳的含量，进而减少焊接冷裂纹。

3.5 焊接参数的选择

不锈钢复合板焊接线能量直接影响到接头的抗裂性能、耐腐蚀性能、焊接变形等，因此，电站不锈钢复合板焊接时，在保证完全焊透、完全熔合的情况下，尽量采用小电流、低电压（短弧焊）焊接，以减少热输量，改善接头性能，减少焊接变形。下表为复合板手工电焊焊接工艺参数：

3.6复合板的焊接：

不锈钢复合板焊接层数与顺序

3.6.1先焊基层：

先焊复层侧基层，采用焊条电弧焊，J507Φ3.2焊条打底，焊接至低于复合界面1.5-2.5mm处，然后焊缝磨平。背面碳弧气刨，打磨露出金属光泽后，再采用焊条电弧焊J507Φ3.2焊条焊至图纸要求。

3.6.2再焊过渡层：

清理复层侧基层焊缝及坡口．采用奥氏体焊条A302Φ3.2焊接过渡层，为了控制稀释率，采用小电流、快速焊、不摆动的焊接工艺，焊至高于复合界面0.5-1.5 mm。

3.6.3最后焊复层：

清理过渡层焊缝表面及坡口边缘，采用A302Φ3.2焊接复层，直至要求。

3.6.4无损检测：

基层、过渡层、复层都焊完后一起按设计图纸要求做超声检测。

3.7焊接质量控制事项：

3.7.1装配时点焊缝只能在基层上进行，无论点焊还是焊接都必须对复层进行保护，以避免碳钢污染复层。打磨过碳钢的砂轮不能再用于复层。以避免碳钢和不锈钢相互渗入，减少坡口边缘的淬硬倾向，产生焊接裂纹。

3.7.2.不锈钢复合板错边对焊接影响很大，错边量过大时，碳钢很容易渗入不锈钢焊缝中，以致焊后产生裂纹或焊后复层焊缝生锈，因此应在装配时严格控制坡口的错边量。

3.7.3基层焊缝和过渡层焊缝焊后应有一定凹陷，以便后面焊接，不然要采用砂轮打磨。

3.7.4焊接时，纵缝两端过渡层留30-50mm不焊,等环焊缝碳钢层焊完后和环焊缝的过渡层一起焊接或后焊；不锈钢层焊缝两端留60-100mm不焊, 等环焊缝碳钢层和过渡层焊完后与环焊缝的不锈钢层一起焊接或先于环焊缝的不锈钢层焊接，但注意不要焊成了十字焊缝。

3.7.5焊接过渡层和复层时先焊两侧，再焊中间焊道，两相临焊道之间重叠1/3-1/2，但应注意焊条摆动的幅度不要太大，摆动幅度一般为焊条直径的0.5-1.0倍；复层焊缝表面应平滑，焊道凹陷深度不大于1.5mm，焊缝金属与母材应平缓过渡，不能形成台阶。对不符合要求的焊缝可以用小直径焊条补焊再用砂轮修磨。

3.7.6复合板过渡层及复层焊接时不预热，确保层间温度不大于60℃。复层焊接应严格控制温度，防止过热。过渡层及复层焊接时焊条不摆动，控制好线能量，每焊完一层，停留20-30min ，严格控制焊接热输入，使冷却速度不能过快或过慢，层间温度控制在≤60℃，因此其余各层按不同层次可用焊条进行小规范、快速施焊。

3.7.7在焊接碳钢层焊缝时注意焊缝不能把不锈钢层熔化，这样在焊接过渡层时才能确保同时熔合基层焊缝、基层母材和复层母材，且应确保盖满基层焊缝和基层母材。在焊接过渡层时应注意不锈钢层与碳钢层接合处的熔合情况。在一般情况下，过渡层焊缝厚度为2-4mm，即用焊条电弧焊焊1层，最好不要超过2层，这样以便复层有足够的厚度来满足产品防腐蚀要求。碳钢层焊缝和过渡层焊缝焊后应有一定凹陷，以便后面复层的焊接，不然就要砂轮打磨。

3.7.8焊接时尽量使复层中少熔入基层成分，防止裂纹产生。基层和复层每焊完一层后立即锤击，锤击范围在焊缝两侧的母材处，宽度范围约50-60mm ，焊缝全部焊完后仍应立即进行锤击。

3.7.9不得用碳钢焊材在复层母材、过渡层焊缝和复层焊缝上施焊。过渡层焊缝应同时熔合基层焊缝、基层母材和复层母材，且应盖满基层焊缝和基层母材。

3.7.10不锈钢复合板焊接最关键一点是不能让碳钢混入不锈钢焊缝中,在焊接基层钢焊缝时注意焊缝不能把复层熔化；在焊接过渡层时应注意复层与基层接合处的熔合情况。在焊接时应采取措施防止焊接飞溅或打磨时的飞溅碳钢杂物进入不锈钢焊缝。

3.7.11对需要返修的过渡层或复合层焊缝，一律不准用碳弧气刨，只准用砂轮打磨清除缺陷，以避免碳钢和不锈钢相互渗入。

4、结论

由于马氏体不锈钢复合板焊接时，焊接性差，有强烈的淬硬倾向，且导热性差，焊后有较大的残余应力易产生焊接冷裂纹等不利于焊接的因素，因此，在焊接不锈钢复合板时符合下列几项要求：

4.1经专门培训并考试合格后的焊工。

4.2正确选择坡口方式、焊接方法、焊接材料与合理的焊接参数。

4.3正确选择合理的焊接顺序。

4.4基层和复层之间的过渡层正确合理的焊接工艺和焊接质量控制措施。

经过这一系列焊接工艺和焊接质量控制的保证，能有效确保不锈钢复合板的焊接质量。

参考文献

[1] 周振丰 《焊接冶金学》 机械工业出版社 1996

[2] 张惠冬，赵晓华，赵宽. 不锈钢复合板的焊接性能及质量分析［J］

[3] 吴立斌，石昕，杨燕. 不锈钢复合板制容器的焊接技术［J］