不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接

不銹鋼復(fù)合板是通過復(fù)層（不銹鋼板）和基層（碳素鋼、高合金鋼等）復(fù)合型冷軋或者發(fā)生爆炸加工而成的的耐磨鋼管，由復(fù)層確保耐腐蝕性能，抗壓強(qiáng)度主要依靠底層得到，正中間增大的過渡層僅僅焊接工藝技術(shù)必須，那樣可以節(jié)約很多不銹鋼板，具有較好的綜合性能和價(jià)格的優(yōu)勢，廣泛用于石油化工設(shè)備、食品業(yè)等行業(yè)。

不銹鋼復(fù)合板焊接既有別于不銹鋼板，也有別于碳素鋼或低合金，然而有主要特點(diǎn)和難點(diǎn)。為了確保不銹鋼板焊接連接頭達(dá)到有關(guān)要求的性能并享有復(fù)層鋼板綜合性能，避免焊縫金屬的耐蝕性、抗裂度的降低，必須對基層和復(fù)層各自焊接。除開底層和復(fù)層的焊接外，過渡層焊接是不銹鋼復(fù)合板焊接的主要特點(diǎn)，都是不銹鋼復(fù)合板焊接的關(guān)鍵所在。

我公司生產(chǎn)的冷卻循環(huán)水熱交換器由一組板芯、二塊銷釘及其A、B、C、D 四個(gè)側(cè)管箱安裝焊接成的（圖1）。四個(gè)側(cè)管箱構(gòu)造包含二塊端板、一塊后蓋板、支撐桿、橫/豎向折流板、螺栓、出廠銘牌、支管及其配件。此設(shè)備中不銹鋼復(fù)合板的焊接能夠分為兩部分：一是A、B、C、D 四個(gè)側(cè)管箱端板與后蓋板間的焊接；二是拼裝全過程中等偏上下壓板和各側(cè)管箱后蓋板的焊接和各側(cè)管箱端板間的焊接。

圖1 冷卻循環(huán)水熱交換器

A、B 側(cè)管箱端板與后蓋板間的焊接

A、B 側(cè)管箱端板與后蓋板間的焊接是薄厚分別是（30 3）mm 和（20 3mm 的二塊復(fù)合鋼板的焊縫連接頭，如下圖2 所顯示。

圖2 A、B 側(cè)管箱端板與后蓋板的焊接節(jié)點(diǎn)詳圖

復(fù)層側(cè)底層的焊接

底層SA-516 Gr.70N 是壓力管道常見建筑鋼材，焊接性能良好，選用完善的焊接加工工藝，既能保證焊接品質(zhì)，也能夠滿足復(fù)合鋼板對強(qiáng)度延展性等物理性能的需求。

從復(fù)層側(cè)底層逐漸焊接，選用80%Ar 20%CO2混合氣，用GMAW(實(shí)心焊絲)的焊接方式，氣體壓力為20 ～ 25L/min，焊接材料與工藝指標(biāo)見表1（打底層及填充層）。為了防止底層碳素鋼焊接在復(fù)層表面導(dǎo)致電孤刮傷和焊接濺出環(huán)境污染使之耐腐蝕性能減少，焊接前要防飛濺建筑涂料涂覆在焊接兩側(cè)各不低于50mm。

為了避免過大焊接熱鍵入對復(fù)層金屬危害，操縱焊接線能量≤ 23kJ/cm。選用多層焊，在確保焊接優(yōu)良的情形下，加速焊接速率，薄化焊縫厚度，使焊縫兩邊焊接優(yōu)良，避免出現(xiàn)出氣孔、未熔合等缺陷。道間溫控為<250℃。焊接至間距復(fù)層接合面2 ～ 3mm 時(shí)終止焊接，給過渡層焊接空出適宜的深層。制冷到<100℃時(shí)，用磨光機(jī)將焊縫里的濺出、爐渣等清洗干凈，以利于過渡層焊接。< p="">

過渡層焊接

過渡層屬于典型的馬氏體和非奧氏體鋼的不一樣的鋼焊接，二種鋼材的工藝性能差別很大，不銹鋼板層導(dǎo)熱系數(shù)比高合金鋼低，熱膨脹系數(shù)和電阻都比底層大很多，因此在焊接過渡層的時(shí)候會(huì)造成比較大的焊接地應(yīng)力和變形，加上焊接與原材質(zhì)交匯處熔合區(qū)組織不均勻性，造成過渡層容易造成焊接裂痕。所以必須控制和調(diào)整不一樣的鋼連接頭組織不均勻性，降低焊接地應(yīng)力，避免過渡層老化和開裂，確保過渡層具有優(yōu)良的可塑性、延展性。

選用98%Ar 2%CO2 混合氣，用GMAW 焊接方式，氣體壓力為18 ～ 23L/min，焊接材料與工藝指標(biāo)見表1（過渡層）。嚴(yán)格把控焊接熱鍵入≤ 18kJ/cm，道間溫控為<150℃，依照一層三道的焊縫排序的方式進(jìn)行焊接，即先往焊縫的兩側(cè)各噴焊一道焊縫，然后進(jìn)行焊接正中間焊縫，如下圖3所顯示。焊接至間距復(fù)層表面1.5 ～ 2mm 時(shí)終止焊接，用磨光機(jī)打磨，以利于復(fù)層的焊接。焊接時(shí)，焊接電流量要適度，在焊接優(yōu)良的情形下，焊接速率應(yīng)盡可能快一點(diǎn)，電孤不適合過長或過短，以防造成出氣孔等缺陷。過渡層焊接完畢之后開展PT 滲透檢測，達(dá)標(biāo)之后再進(jìn)行復(fù)層的焊接。

表1 焊接材料與工藝指標(biāo)

圖3 過渡層焊接平面圖

復(fù)層的焊接

復(fù)層是低合金鋼，可鍛性優(yōu)良，挑選98%Ar 2%CO2 混合氣，用GMAW 的焊接方式，焊接材料與工藝指標(biāo)見表1（復(fù)層）。嚴(yán)苛控線動(dòng)能≤ 18kJ/cm，選用一層多道程序布局焊縫，焊接速率宜快不能慢，確保焊接優(yōu)良，避免錯(cuò)口缺點(diǎn)，使焊縫成形優(yōu)良，圓潤過渡，焊縫余高2 ～ 2.5mm 最合適。道間溫控為<150℃，避免產(chǎn)生熱裂紋，達(dá)到機(jī)器設(shè)備使用中復(fù)層對耐腐蝕性的需求。< p="">

兩側(cè)底層的焊接

選用GMAW 焊接方式，焊接材料與工藝指標(biāo)見表1（填充層F、F1、F2）。

C、D 側(cè)管箱端板與后蓋板間的焊接

C、D 側(cè)管箱端板與后蓋板間的焊接是厚度（12 3）mm 復(fù)合鋼板與厚度36mm 的低合金鋼間的焊縫連接頭，如下圖4 所顯示。

圖4 C、D 側(cè)管箱端板與后蓋板的焊接節(jié)點(diǎn)詳圖

過渡層焊接

馬氏體和非奧氏體鋼的不一樣的鋼焊接，焊接關(guān)鍵點(diǎn)和技巧與A、B 側(cè)管箱過渡層焊接同樣。對焊縫以及兩側(cè)各20mm 范圍內(nèi)進(jìn)行表面清除，消除表面的油漬、鐵銹、金屬材料屑、氧化層及其它廢棄物，復(fù)層間距焊縫100mm 范疇內(nèi)要涂防飛濺建筑涂料。選用GMAW 焊接方式，焊接材料與工藝指標(biāo)見表1 中過渡層焊接。

復(fù)層的焊接

低合金鋼的焊接，焊接關(guān)鍵點(diǎn)和技巧與A、B 側(cè)管箱復(fù)層的焊接同樣，詳細(xì)表1 里的主要參數(shù)。

上下壓板和各側(cè)管箱后蓋板的焊接

上下壓板和各側(cè)管箱后蓋板的焊接是通過8mm 不銹鋼板材芯，50mm 碳素鋼銷釘及其（20 3）mm 和（12 3）mm厚度夾芯板所組成的焊縫連接頭，如下圖5、圖6 所顯示。

圖5 A、B 側(cè)管箱后蓋板與母線的焊接節(jié)點(diǎn)詳圖

圖6 C、D 側(cè)管箱后蓋板與母線的焊接節(jié)點(diǎn)詳圖

與單一材質(zhì)焊接對比，夾芯板的焊接較為復(fù)雜，主要體現(xiàn)在焊縫金屬易稀釋液，過渡區(qū)有碳轉(zhuǎn)移產(chǎn)生，熔合區(qū)易產(chǎn)生脆硬機(jī)構(gòu)，連接頭存在較大的剩余應(yīng)力等。

過渡層因?yàn)槎N鋼的化學(xué)成分和工藝性能差別較大，存有碳素鋼底層與不銹鋼板復(fù)層及其焊接填充金屬之間互熔難題，這是一個(gè)繁雜的細(xì)晶強(qiáng)化全過程。當(dāng)從復(fù)層逐漸焊接時(shí)，在過渡層上電弧焊接碳素鋼焊縫金屬，產(chǎn)生鋁合金焊接，硬底化帶約為2.5mm，最大硬度值>460HV，非常容易造成焊接裂痕。在這樣的焊接次序的情形下，充分考慮鎳基焊接原材料的成本很高，因此底層的焊接必須使用與過渡層同樣不銹鋼焊接原材料，由于焊縫厚度比較大，為了能提高工作效率，降低職工勞動(dòng)效率，選用GMAW 焊接方式。主要對焊接焊縫表面進(jìn)行預(yù)堆解決，則在全部焊縫表面堆焊不銹鋼層，噴焊時(shí)采用鋁合金含量高的過渡層原材料噴焊過渡層，隨后采用鋁合金成分相對較低的不銹鋼板材噴焊1 ～ 3 層，那么在底層的碳素鋼表面產(chǎn)生隔離層，然后用不銹鋼板材，采用GMAW 焊接全部焊接。

各側(cè)管箱端板間的焊接

各側(cè)管箱端板之間的焊接是厚度（30 3）mm 復(fù)合鋼板與厚度36mm 的低合金鋼間的焊縫連接頭，如下圖7 圖示。焊接特性以和注意事項(xiàng)與C、D 側(cè)管箱端板與后蓋板間的焊接同樣，焊接方式、焊接材料與工藝指標(biāo)見表1。

圖7 側(cè)管箱各端板間的焊接節(jié)點(diǎn)詳圖

結(jié)語

此不銹鋼復(fù)合板機(jī)器設(shè)備焊接進(jìn)行，依照ASME 鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)第Ⅴ卷開展無損檢測技術(shù)達(dá)標(biāo)，焊接質(zhì)量優(yōu)良，驗(yàn)證了加工工藝方案可行性，并且也得到許多不銹鋼復(fù)合板焊接的成功經(jīng)驗(yàn)：嚴(yán)格遵守焊接加工工藝，操縱焊接線能量和融合比，保證重要層焊接品質(zhì)；在只好焊復(fù)層，再焊過渡層和基層的條件下，可以用過渡層焊接材料對焊縫表面開展隔離層噴焊，隨后采用鋁合金成分相對較低的不銹鋼板材焊接，充分保證焊接外觀和質(zhì)量。