不锈钢复合钢板的焊接论文

不锈钢复合钢板的焊接论文（共8篇）

不锈钢复合钢板的焊接论文 篇1

不锈钢复合板是由复层 (不锈钢) 与基层 (碳钢、低合金钢等) 共同辗轧出来的双金属, 通过复层实现耐蚀性能, 硬度通常通过基层得到, 如此不仅能够省下许多的不锈钢, 获得了优良的价格体系。因为不锈钢复合板存在优良的综合功能与经济优势, 在石油化工、食品工业等范围中获得越来越普遍的利用。不锈钢复合板焊接不但与不锈钢不类似, 与碳钢或低合金钢也不一样, 但它有它独特的特点与难点。

1 不锈钢复合板的焊接特点

1.1 不锈钢复合钢板焊接的独特性。

这种独特性体现在焊接不仅对基层的焊接构造硬度具有一定条件, 在另一个层面上还要确保复层不锈钢具有耐腐蚀性。针对基层, 要防止铬、镍等合金物质含量上升, 因为只要铬、镍含量上升, 基层焊缝便会变成硬脆组织, 结果会造成裂纹容易出现, 进一步影响焊缝硬度;针对复层, 要防止增碳而减弱耐腐蚀性的能力。

1.2 不锈钢复合钢板焊接的特点

在实际操作中, 不锈钢复合钢板材料容器, 在焊接后, 经X射线检测, 偶尔会发现微细的横向裂纹。焊缝返修后, 有时又会产生新的裂纹, 裂纹一般垂直于焊缝, 影像微细, 开口较小。挖开时发现裂纹通常出现在过渡层, 并且靠近基层侧。针对经常出现的复合板焊接裂纹问题, 结合金相检验、理化试验, 利用舍夫勒图进行原因分析。结果表明, 过渡区马氏体组织的生成、异种钢接头的热应力是产生焊接裂纹的主要原因。减小熔合比是防止裂纹产生的关键。此外, 采用科学的焊接结构设计, 合理地安排焊接顺序, 防止焊接过程产生应力集中, 也是防止裂纹产生的一种有效措施。

2 不锈复合钢板材料的选择

不锈复合钢板的焊缝由过渡层 (又称隔离层) 、基层和覆层三个部分组成, 各自焊接材料的选择如下。

2.1 过渡层所选用的焊接材料

为了确保覆层侧焊缝合金不受到或少受到基层金属的淡却, 过渡层的焊接原料一定不能采用碳钢 (或低合金钢) 的焊接原料, 一定要采用其铬、镍含量比覆层中含量高的不锈钢焊接原料。为了全面补偿碳钢对覆层焊缝金属的淡却功效并添加焊接行进中合金元素的损失, 过渡层合金要与覆层不锈钢元素差不多, 并且拥有较好的塑性与韧性。当出现不锈复合钢板焊接零件对焊缝金属的塑性条件与对耐蚀性条件并不高的现象时, 它的过渡层能采用焊接覆层的焊接原料。针对大厚度的不锈复合钢板的焊接构造, 它的刚度极其大, 能使用纯镍焊条当作过渡层的焊接原料。

2.2 基层的焊接原料

选择与基层碳钢 (或低合金结构钢) 分开独自焊接时一样的焊接原料, 并采用相同的焊接技能实现施焊。基层施焊前的基本原理是不通过预热, 焊后不通过除去应力的回火整治。然而针对厚度较大、刚度较大并且基层为低合金构造钢的焊接元件, 依然要通过预热, 焊后依旧要采取整体或部分回火热整理来除去焊接剩下的应力。回火热处理的温度不能太高, 通常掌握在400℃左右, 避免造成覆层不锈钢的耐蚀性能的破坏。

2.3 覆层焊接原料的选择

原则上与分开独自焊接不锈钢时的焊接原料一样, 焊接技能也类似。

局部不锈复合钢板的焊接途径与所选择的焊接原料。必须强调的是:并非都要根据表上所列的一模一样焊接方式对不锈复合钢板的基层、过渡层与覆层采取施焊, 也可以按实际处境变通选择焊接途径。比如OCr13+Q235不锈复合钢板焊接时, 过渡层选择焊条电弧焊, 基层便选择埋弧焊, 而覆层就选用惰性气体保护焊。

3 焊接的准备工作及注意事项

3.1 焊接坡口

为了保证焊接质量、便于操作, 采用等离子和氧乙炔切割坡口, 坡口形式按图纸或规范要求。用等离子切割时, 复层朝上;用氧乙块切割时, 复层朝下。加工完的坡口要用不锈钢钢丝刷清洗干净, 确保表面的洁净光滑。坡口不能有隙缝与分层, 不然就要进行修理。修理时, 要先用砂轮去掉障碍, 并把基层深度去掉1.5 mm~2 mm, 之后再堆焊过渡层与复层, 焊后磨平修光。在焊之前, 在复层距坡口100 mm区域内涂上避免迸溅的涂料。避免迸溅的涂料是用白垩粉加水混合成糊状, 添加少量黏结剂形成的。

3.2 组对

首先必须保证工件装配间隙, 保证不错边。错边量过大将直接影响过渡层和复层的焊接质量。

3.3 定位焊

装配时的定位焊, 只允许在基层侧用J422焊条进行点焊, 工艺参数与正式焊相同。点焊焊缝不能存在裂纹和气孔, 否则应铲去重焊。如果需要焊接工装夹具, 也只能焊在基层一侧, 夹具材料应使用Q235钢, 用J422焊条焊接。去除工装夹具时, 不能损伤基层金属, 并将焊接处打磨光滑。

4 焊接技术要点

4.1 焊前应采用机械方法及有机溶剂

清除焊缝表面和焊接坡口两侧至少各20 mm范围内的油污、锈迹、金属屑、氧化膜及其他污物。

4.2 基层的焊接

应严防基层焊缝熔化到不锈钢的过渡层甚至复层焊缝, 以免高铬含量下降、高镍的不锈钢元素下降到碳素钢焊缝内产生马氏体组织而出现硬化。在不锈钢一侧的基层焊缝最好使用无飞溅的焊接途径 (比如埋弧焊、非熔化极氩弧焊等) , 这是由于碳素钢的迸溅会导致在复层表面形成锈蚀。

4.3 焊接设备应满足焊接工艺3 0 4不锈钢复合板要求, 并符合有关设备标准的规定

采用手工电弧焊时推荐采用直流电焊机。

4.4 复材焊缝表面应尽可能与复3 0 4不锈钢复合管材表面保持平整、光顺

焊接过渡层时, 要在保证熔合良好的前提下, 尽量减少基材金属的熔入量, 即降低熔和比。为此应采用较小直径的焊条或焊丝, 及较小的焊接丝能量。对接焊缝的余高应不大于1.5 mm。

4.5 为确保焊接的品质, 要掌握好焊接热输入

要使用多层多道急速不摆动焊法, 最好使用较小的焊接热输入与电流, 从而达到快速焊接的目的。复层焊接时, 不能预热与缓冷, 有时乃至实施强制冷却的方式, 来尽量降低焊缝在400~850%温度区问的暂停时间, 避免焊缝出现奥氏体品界部分贫铬, 析出σ脆性相, 形成475℃脆性, 进而确保焊缝金属仍存在优良的力学性能与抗晶问腐蚀性能。

4.6 不锈钢复合板焊接的关键是提高焊缝一次合格率, 减少返修次数

因为不锈钢复合板焊接接头的组织和性能十分不均匀, 焊缝返修时经常产生热裂纹。

4.7 焊接规范参数选择

根据多年实践经验及现场试验诸数据进行精选与调整, 最后确定焊接工艺参数。

4.8 按照规定的焊接工艺进行施焊

在中、厚壁设备的焊接中, 应采用多层焊。但根据多年试验, 层数过多不但影响施工效率还易带来质的负面影响, 主要是焊缝区受到焊接热循环作用次数过多易导致性能劣化、引发弧波裂纹。事实是, 在保证材料晶粒度细小及应力较小的前提下, 尽可能地减少焊接层数。

4.9 焊后清理

焊后应仔细清理焊件表面的焊渣、焊瘤飞溅物及其他污物。必要时应对焊缝进行局部修整。焊后清理完毕, 应在基材焊缝附近的明显部位打上焊工印记以便日后考查。

5 结语

本文通过研究不锈钢复合钢板的焊接特点, 对不锈钢复合钢板的焊接工艺进行了理论分析, 并全文总结了不锈钢复合钢板焊接的三个重点要素:焊接材料、焊接坡口和参数、焊接顺序。实践证明, 只要遵循其焊接要点, 不锈钢复合钢板的焊接质量是非常稳定的。

摘要：随着不锈钢复合钢板爆炸焊接, 轧制技术的不断发展, 不锈复合钢板以其较低的成本, 良好的综合性能, 日益受到广泛的重视。本人长期在一线从事压力容器的设计、制造、安装等业务, 经常接触使用复合材料的设备, 积累了一定的经验, 对不锈钢复合钢板的焊接也有一定的了解和研究。本文以不锈钢复合板的焊接特点为切入点, 重点探讨了不锈钢复合钢板的焊接工艺, 其中包括:不锈复合钢板材料的选择、焊接的准备工作及注意事项、焊接技术要点。

关键词：不锈钢复合钢板,焊接工艺,焊接方法

参考文献

[1]常彦彦, 李冠华, 谷晓亚, 等.Q345R+022Cr17Ni12Mo2复合板容器的焊接[J].化工管理, 2013 (10) .

[2]原国栋.奥氏体系复合钢板的焊接工艺[C]//.北京机械工程学会2008年优秀论文集.2008.

[3]张启森.0Cr18Ni9+Q235B电除尘器灰斗复合钢板焊接[J].机电技术, 2011 (3) .

异种钢及复合钢板的焊接技术 篇2

【关键词】压力容器;异种钢;焊接技术

1.异种钢焊接概述及其焊接特点

两种牌号不同的钢之间的焊接称之为异种钢焊接，它是属于异种金属焊接中应用最为广泛的一类接头。对于异种钢焊接接头又可分为两种情况，第一类为同类异种钢组成的接头，这类接头的两侧母材虽然化学成分不同，但都属于铁素体类钢或都属于奥氏体类钢；第二类接头为异类异种钢组成，即接头两侧的母材不属于同一类钢，例如一侧为铁素体类钢，另一侧为奥氏体类钢(如奥氏体不锈钢)。对于母材都属于铁素体类钢，其焊缝采用奥氏体不锈钢焊条或镍基焊条焊接的接头，也属于第二类接头。

2.异种钢焊接工艺要点

2.1焊材选择

正确地选用焊材是焊接异种钢的关键，焊接接头的质量和使用性能与所选用的焊材密切相关。

异种钢接头的焊缝和熔合区，由于合金元素被稀释及碳的迁移等原因存在一个过渡区，过渡区中不但化学成分、金相组织不均匀，而且物理性能、力学性能等通常也有很大差异，可能会引起焊接缺陷(如裂纹等)或严重降低性能。为此必须按照母材的成分、性能、接头形式和使用要求等来正确选用焊材。其焊材选用的基本原则有以下几点：

①在焊接接头不产生裂纹等缺陷的前提下，若焊缝金属的强度和塑性不能兼顾时，则应选用塑性和韧性较好的焊材。

②焊缝金属性能只需要符合两种母材中的一种，即可认为满足使用技术要求。一般情况下，选用焊材使焊缝金属的力学性能及其他性能不低于母材中性能较低一侧的指标，即认为满足了技术要求。但在某些情况下还应从焊接工艺性能(如抗裂性等)方面来考虑。

③结构钢的异种钢号焊接时，对相同强度等级的结构钢焊条，一般应选用抗裂性能好的低氢焊条。对于金相组织差别比较大的异种钢接头，如珠光体－奥氏体异种钢接头，则必须充分考虑填充金属受到稀释后焊接接头性能仍然得到保障。

④在满足性能要求的条件下，选用工艺性能好、价低、易得的焊材。

⑤对于异类异种钢接头，一般均选用高铬镍奥氏体不锈钢焊条或镍基合金焊条。对于工作条件苛刻的重要接头，首推选用镍基合金焊条，因为虽然它价格较贵，但可以减少或避免碳迁移，且其焊缝金属的线膨胀系数介于铁素体钢和奥氏体钢之间，对接头的组织及力学性能都有好处。

2.2焊接预热要求

预热温度的确定，一般按预热要求高的一侧来确定焊接预热温度，但对于异类异种钢接头，可以适当降低预热温度，必要时经试验后确定。

2.3焊接规范的确定

对于异类异种钢接头，在选择焊接规范时，因设法降低熔合比。为此，应选择小直径焊条或焊丝，尽量选用小电流快速焊。

2.4采用预堆边焊的方法进行焊接

有时为了解决异种钢接头预热和焊后热处理难的问题，往往采用预堆边焊的方法进行焊接。其工艺顺序为：在需要热处理的一侧母材坡口先预堆边焊1~2层与焊缝同种钢的焊条→此侧进行PWHT→冷态焊接整个焊缝，然后接头不再进行PWHT。这种做法，可减少熔合区成分不均匀所带来的一些问题，也给接头的热处理带来方便，但切记此时预堆边焊层的厚度一定要保证大于或等于4mm，以起到隔离层的作用。

2.5焊后热处理温度的确定

一般是按照热处理温度要求高的一侧母材来选定异种钢接头的PWHT温度，此时一定要事先做焊接工艺评定，以防使强度低的一侧母材强度严重下降，出现强度不合格。

3.复合钢板的焊接

复合钢板是由不锈钢、镍基合金、铜基合金或钛板为复层，珠光体钢为基层，以爆炸焊、复合轧制、堆焊等方法制成的双金属板材。复合钢板的基层应满足接头强度和刚度的要求，复层应满足耐蚀等要求。

为了保证复合钢板不失去原有的综合性能，对基层和复层必须分别进行焊接，其焊接性、焊材选择、焊接工艺等由基层、复层材料决定。

基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接，其焊接性主要取决于基层和复层的物理性能、化学成分、接头形式、填充金属成分。凡是异种钢焊接存在的问题在复合钢板焊接时同样存在，为此本节只阐述复合钢板焊接时应注意的一些问题。目前应用较多的是奥氏体不锈钢为复层、珠光体为基层的复合钢板，其次是铁素体钢为复层、珠光体为基层的复合钢板。

3.1焊接方法

根据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接方法，通常有焊條电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、CO2气体保护焊及等离子弧焊等。目前常用钨极氩弧焊或焊条电弧焊焊接复层，用埋弧焊或焊条电弧焊焊接基层。

3.2坡口形式

对接接头坡口形式可采用V形、X形、V和U联合形坡口。也可以在接头背面一小段距离内进行机械加工，去掉复层金属，以确保焊基层焊道时不使基层焊肉焊到复层上。一般尽可能采用X形坡口双面焊，先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层。以保证焊接接头具有较好的耐腐蚀性。同时考虑过渡层的焊接特点，尽量减少复层一侧的焊接工作量。

角接接头坡口形式是无论复层位于内侧或外侧，均先焊接基层。复层位于内侧时，在焊复层以前应从内侧对基层焊根进行清根。复层位于外侧时，应对基层最后焊道进行修磨光。焊复层时，先焊过渡层，再焊复层。

当复层金属的熔化温度高于基层钢的熔化温度，而且两种金属在冶金上不相容时，复层金属必须采用衬垫以保持复层的完整性。在基层焊完后，用角焊缝将衬垫与复层焊接起来。

3.3填充金属选择

基层采用适宜的填充金属进行焊接，使接头具有预期使用所需要的力学性能。在大多数情况下，选用合适的中间填充金属作为钢的过渡层，从而控制复层金属最终焊道的含铁量，避免复层和基层处焊道产生脆化、裂纹等，保证复层焊道的耐蚀、耐磨等特殊性能。

3.4焊接顺序及焊材选用

①通常先焊基层，第一道基层(碳钢、低合金钢)焊缝不应熔透到复层金属，以防焊缝金属发生脆化或产生裂纹。措施是采用合适的接头设计，限制钢焊缝金属熔透；从接头背面去除复层，这当然也增加了焊复层的工作量，提高了焊接成本。

②焊(堆焊)复层一侧时，必须考虑稀释的影响。无论哪一种堆焊方法，第一层堆焊的焊缝金属都是由堆焊材料的熔敷金属和熔入的母材金属熔合而成的。由于母材的合金元素含量很低，所以它对第一层焊缝金属的合金成分具有稀释作用。因此，可能使焊缝金属中奥氏体和铁素体形成元素含量不足，结果堆焊金属可能出现大量的马氏体组织，并可能产生裂纹，同时导致堆焊层韧性降低。

③根部可用碳弧气刨、铲削或磨削法进行清根。在堆焊过渡层前，必须清除清根坡口中的任何残余物。

④要焊后热处理以消除焊接残余应力，选择热处理温度时应考虑：基层和复层的热处理规范的差异；对复层耐蚀性的影响；基层和复层界面的元素扩散是否会产生脆性相，导致钢板性能恶化；由于基层和复层的物理性能差异，热处理冷却过程产生残余应力，沿厚度方向在复层上形成拉伸应力，导致复层产生应力腐蚀开裂等。

论不锈复合钢板的焊接 篇3

1 不锈复合钢板的焊接性

不锈复合钢板由于覆层与基层材料的成分、性能及其焊接性差异较大, 所以与一般的单体钢焊接和同种钢焊接相比, 施焊时有一定的难度, 为了既满足基层的强度要求, 又满足覆层的耐腐蚀性要求, 就要将基层和覆层分开施焊。

焊接基层钢时通常选用结构钢焊条 (焊丝) , 焊接时不能使覆层的不锈钢金属熔化, 因为如果有覆层的不锈钢金属熔化进入了基层的焊缝金属中, 就会增加基层焊缝金属中的合金元素, 造成与覆层接触的焊道产生粗硬马氏体组织的可能性增加, 从而提高基层焊缝金属的硬度、脆性, 大大降低焊缝金属的冲击韧度和塑性, 严重到一定程度还会导致裂纹的产生。

焊接覆层钢时通常选用不锈钢焊条 (焊丝) , 焊接时应注意不能使基层的金属熔化进入到覆层的焊缝金属中, 因为如果有基层金属熔化进入到覆层焊缝金属中, 就会稀释覆层焊缝金属的合金元素, 从而降低覆层的耐腐蚀性能。

基于以上原因, 在焊接不锈复合钢板时, 为保证覆层焊缝的耐蚀性要求, 就要在覆层和基层的接合面上添加一层过渡层, 过渡层焊接材料通常选用Cr、Ni含量比覆层不锈钢高的不锈钢材料, 并且其中的合金成分应当尽可能与覆层金属中的合金成分相同, 目的是补充覆层焊缝焊接过程中合金元素的稀释和烧损, 从而保证覆层焊缝的金属成分及其含量尽可能与覆层钢板相近。

2 不锈复合钢板焊接时焊接材料的选择

(1) 基层 (低合金钢或低碳钢) 的焊接材料焊接不锈复合钢板基层 (珠光体钢层) 时应该选用与单独焊接基层金属 (低合金钢或低碳钢) 时同样的焊接材料, 并且施焊时也要采用与单独焊接低合金钢或低碳钢相同的焊接工艺。

(2) 覆层 (不锈钢层) 的焊接材料焊接不锈复合钢板覆层 (不锈钢层) 时应该选用与单独焊接覆层金属 (不锈钢) 时同样的焊接材料, 并且施焊时也要采用与单独焊接不锈钢时相同的焊接工艺。

(3) 过渡层的焊接材料过渡层的焊接实质是珠光体钢和不锈钢两种金属的焊接, 属于异种钢的焊接, 为了减小焊接过程中基层金属融化对覆层焊缝金属的稀释, 同时补充焊接过程中合金元素的烧损, 过渡层焊接材料应该选用Cr、Ni含量比覆层不锈钢高的不锈钢材料, 并且其中的合金成分应当尽可能与覆层金属中的合金成分相同。

3 不锈复合钢板对接焊接时的坡口型式和尺寸

坡口型式直接影响焊接接头的质量, 坡口型式适当就能获得质量高的焊接接头。为保证不锈复合钢板的基层、过渡层、覆层的焊接质量, 最大限度地控制过渡层的焊缝尺寸, 应当选择合适的坡口型式和尺寸, 并应保证坡口尺寸的加工精度。选择坡口型式时, 主要应该考虑母材的厚度、所采用的焊接方法、工艺要求等。

焊接不锈复合钢板在选择坡口型式时应当注意: (1) 要选择需要填充金属量少的坡口; (2) 要选择方便操作、方便清渣的坡口; (3) 要选择焊接时不容易产生缺陷的坡口; (4) 要选择使过渡层焊缝金属的稀释率小的坡口。

不锈复合钢板对接焊时的坡口有两种:内坡口和外坡口, 其中普遍应用的是外坡口。

4 不锈复合钢板的焊接工艺

不锈复合钢板的焊缝有基层、过渡层和覆层三部分组成。基层 (珠光体层) 的焊接性与珠光体钢相同, 覆层 (不锈钢层) 的焊接性则与相应的不锈钢相同, 焊接过程中的关键问题是基层与覆层之间的过渡层的焊接, 这属于异种钢焊接的问题。

(1) 装配、定位。

不锈复合钢板焊接装配时应该将覆层钢对齐装配, 一定要保证装配的间隙 (对接时间隙一般为2mm) , 并要避免过大的错边量 (错边量应小于0.5mm) , 否则是会对过渡层和覆层的焊接质量造成影响的。装配好以后应该先在基层面施行点固焊进行定位。

一定要在基层面上施行定位焊, 点固焊缝长度要在10～30mm之间。

(2) 施焊时的焊接顺序。

为了保证焊接接头覆层具有良好的耐腐蚀性能, 焊接时首先要对基层进行施焊 (由于基层厚度较大, 只要坡口型式选择得当, 焊接过程中覆层金属向基层焊缝金属熔入的情况是完全可以避免的, 所以基层焊缝的质量还是有保障的) , 基层焊接好以后, 还要对基层焊缝进行质量检验, 确定基层焊接质量合格以后, 才能对过渡层焊接做准备 (将覆层不锈钢板一侧铲削成圆弧直至铲到基层焊缝, 为了防止未焊透缺陷的形成, 铲削后还要进行打磨) 。打磨干净、尺寸合适以后, 要先对过渡层进行焊接 (注意:为了使过渡层在焊接过程中真正起到隔离作用, 焊接过渡层焊缝时应该使覆层不锈钢板熔化一层) , 最后再在过渡层上对覆层进行施焊。

(3) 不锈复合钢薄板的焊接。

对于厚度小于1.6mm的不锈复合钢板, 焊接时可以用过渡层的焊接材料从覆层一侧直接施焊;对于厚度为1.6～3.0mm的不锈复合钢板, 可以用焊接过渡层的材料先在基层面上焊接一层, 然后再在覆层面上焊接一层 (注意焊接顺序) ;对于厚度在3.0～6.0mm之间的不锈复合钢板, 应该先将基层一侧开成80°的Y型坡口, 再用过渡层的焊接材料先对基层一侧进行施焊, 然后再对覆层一侧进行施焊。

(4) 特殊情况的焊接。

对于只能单面施焊的情况 (如焊接直径较小的不锈复合钢管时) , 应该从基层一侧按照覆层—不锈钢过渡层—碳钢过渡层—基层的顺序进行施焊。

(5) 焊接方法。

对于基层, 建议采用手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊进行施焊;对于过渡层和覆层, 建议采用钨极氩弧焊和手工电弧焊进行施焊。实际应用中其他焊接方法也可以采用, 只要能够精确保证焊接质量就行。

5 焊后热处理及焊接残余应力的消除

不锈复合钢板的焊后热处理应该按照设计要求去执行。建议采用机械方法来消除焊接残余应力, 如果要用热处理的方法消除焊接残余应力, 建议在焊接过渡层之前进行;对于要求对焊缝进行晶间腐蚀倾向检验的不锈复合钢板焊缝, 应注意不要使热处理温度超过它的敏化温度。

6 焊接不锈复合钢板时应注意的事项

(1) 对过渡层或覆层施焊时用焊接基层的焊接材料是绝对不允许的, 反之亦然。

(2) 为防止焊接基层时的飞溅物粘结在覆层上, 在覆层一侧对基层施焊时, 应注意要在覆层表面100mm的范围内施涂白垩粉进行保护。

(3) 焊接基层时, 应该用手工电弧焊对根部焊缝进行施焊, 用埋弧焊对二、三层焊缝进行施焊。对过渡层应采用手工电弧焊进行施焊, 为减少焊接过程中合金元素的稀释, 施焊时应采用小电流、快速焊, 焊条不作横向摆动的操作方法。对于覆层的焊接, 应该遵循不锈钢的施焊操作工艺。

(4) 不允许对有分层的不锈复合钢板进行施焊。对于坡口边缘有分层的不锈复合钢板, 应该先对整张钢板施行无损探伤来判断分层的范围, 如果分层范围很小, 可以先将分层铲除, 然后补焊 (即堆焊) , 修复好以后再进行施焊;如果分层范围很大, 则不允许施焊。

(5) 用不锈钢钢丝刷对覆层进行清理, 用碳钢丝刷对基层进行清理。

(6) 绝对不允许在覆层上用基层焊条打弧或焊接。

(7) 如果需要, 应按照相关规定对覆层与基层分别施行焊接预热、后热等。

(8) 对不锈复合钢板一般不进行焊后热处理, 如果需要, 则应按照技术要求进行。

(9) 持有上岗证, 并通过相应考核的电焊工才能参与焊接操作。

(10) 焊接过程中所用的焊接材料都应该有相应的有效材质认可证书。

实践表明:只要遵循相应的操作规程, 不锈复合钢板的焊接质量还是可以保证的。

摘要：不锈复合钢板是由不锈钢 (称作覆层) 和珠光体钢 (称作基层) 轧制而成的双层金属板, 由于覆层与基层材料的成分、性能、焊接性差异较大, 所以与一般的单体钢焊接和同种钢焊接相比, 施焊时有一定的难度。从焊接性、焊接材料的选择、坡口型式和尺寸、焊接工艺、焊后热处理及焊接残余应力的消除及焊接注意事项等几方面对不锈复合钢板的焊接问题进行了阐述。

关键词：不锈复合钢板,焊接,过渡层

参考文献

[1]周振丰, 张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].北京:机械工业出版社, 1988.

[2]王文瀚.焊接技术手册[M].郑州:河南科学技术出版社, 2000.

不锈钢复合钢板的焊接论文 篇4

不锈钢复合钢板, 是以低碳钢或低合金钢为基层, 采用爆炸法、轧制法、爆炸轧制法、钎焊轧制法或其他方法, 在其一面或两面整体地连续包覆一定厚度不锈钢覆层的复合材料, 覆层厚度通常只占复合钢板总厚度的10%～20%。水电站使用的不锈钢复合钢板, 通常只在低碳钢或低合金钢基层的一面有不锈钢覆层。水电站所使用的不锈钢复合钢板主要是利用其不锈钢覆层的耐蚀性和抗磨性。但不锈钢复合钢板的焊接性比较复杂, 若覆层材质选用不当或焊接工艺不正确, 前者会导致其耐蚀性降低, 后者会导致焊接裂纹和焊缝的耐蚀性下降。为此本文将从焊接技术问题和不锈钢覆层选材问题给予一定论述, 以供同行参考。

2. 不锈钢复合钢板的特点分析

不锈钢复合钢板通常是由较厚的珠光体钢做基层和较薄的奥氏体不锈钢、奥氏体—铁素体双相不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢, 以及沉淀硬化型不锈钢等复合而成。覆层为奥氏体不锈钢、奥氏体—铁素体双相不锈钢、铁素体不锈钢具有比较高的耐蚀性。当水中含有氯离子时, 这类钢比马氏体型不锈钢抗点腐蚀能力较好, 双相不锈钢的点腐蚀倾向比纯奥氏体不锈钢大, 这是因为两种组织电位不同所致。铬 (Cr) 、钼 (Mo) 含量较高的不锈钢耐蚀性较好, 这些元素既加强了钝化膜, 又抑止产生点蚀, 特别是钼元素是抑止点蚀溶解的合金元素。铁素体不锈钢抗应力腐蚀能力强于奥氏体不锈钢。而奥氏体不锈钢在水工金属结构中使用最为广泛。覆层为马氏体不锈钢、半铁素体不锈钢以及沉淀硬化型不锈钢, 主要用于硬度、强度要求高, 具有耐磨性要求的地方, 但是水中含有氯离子或水中的PH值偏小的水域慎用。

不锈钢覆层较珠光体钢基层具有不同的金相组织、低的热导率、高的电阻和较大的热膨胀系数等, 还存在熔点、比热容、电磁性的差异。由于不锈钢复合钢板覆层和基层存在交界线, 所以焊接时存在基层、过渡层和覆层等焊接特点之分, 针对不同的层采用不同焊接方法、焊接热输入、焊接材料等。而不锈钢在做焊后消应热处理时, 要注意避开不锈钢的晶间腐蚀“危险区温度”——对铁素体不锈钢或马氏体不锈钢危险温度为400℃～600℃, 而奥氏体系不锈钢则为450℃～850℃。所以要尽量避开危险区温度加热或不能在该区段停留时间过长。且采用比珠光体类钢要小的焊接热输入焊接, 尽量减小不锈钢热影响区的过热。

3. 不锈钢复合钢板焊前准备

不锈钢复合钢板的下料和焊接坡口加工, 应优先选用机械加工方法, 如刨边机、铣边机、单臂刨、剪板机等下料和加工焊接坡口。当采用等离子弧切割、氧熔剂气割或碳弧气刨等热加工时, 则必须去除覆层下料坡口表面的氧化层、过热层和渗碳层。

这样的坡口型式其目的是在焊接过程中, 当采用碳弧气刨清根时, 可以防止碳筋棒电极对不锈钢覆层渗碳, 导致该处高碳马氏体组织的产生, 从而防止裂纹的出现。

焊接前应采用机械方法、加热烘烤法及有机溶剂 (如丙酮、酒精、香蕉水等) , 清除焊丝表面和焊接坡口及坡口两侧20mm以上范围内的油污、水渍、锈迹、氧化膜及其它污物。多层多道焊时, 必须清除前道焊缝表面的熔渣和缺欠等。

4. 不锈钢复合钢板焊接特性

不锈钢复合钢板焊接材料选用:对基层珠光体钢 (σb≤600MN/m 2) 采用等强原则选取。覆层不锈钢采用等耐蚀性原则选取, 且宜为低碳、超低碳以及含有钛 (Ti) 、钼 (Mo) 元素的焊接材料。譬如, 单相奥氏体不锈钢06Cr19N10焊接覆层时应选用Cr18-Ni8型焊接材料, 这样可以保证焊接接头的耐蚀性要求。过渡层焊接应选用高铬高镍的Cr25-Ni13型或Cr25-Ni20型焊接材料, 这样可以降低或消除熔化线上的脆化区, 即可用不锈钢覆层母材的铬当量和镍当量通过Schaeffler (舍夫勒) 组织图等预测焊缝金相组织来选取焊接材料, 这样可防止基层焊缝对覆层的稀释, 使过渡层出现马氏体组织, 从而引起过渡层脆化而产生裂纹。

珠光体钢基层焊接推荐采用焊条电弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊。不锈钢覆层和过渡层, 推荐采用氩弧焊、Ar+ (2%～3%) O2 (体积比) 混合气体气保焊、焊条电弧焊或埋弧焊。

不锈钢覆层不应有电弧或硬物击伤。前者会导致不锈钢金相组织改变, 后者会引起冷加工硬化, 两者都会使击伤处的腐蚀电位降低, 使该处腐蚀加速, 耐蚀性降低。在施焊时, 为了防止对母材电弧击伤, 导致腐蚀电位降低, 所以焊接电缆、焊枪等必须绝缘良好。

在用珠光体类, 即低碳低合金钢焊条定位焊时, 注意不要熔敷到不锈钢覆层, 不然将对覆层内的铬、镍含量导致稀释, 由Schaeffler组织图知道, 将会出现马氏体组织, 加之若使用碳弧气刨清除定位焊和焊缝背缝清根时, 将会对覆层及其稀释层渗碳, 从而出现高碳马氏体而使焊缝产生裂纹, 对此, 应采用砂轮打磨等机械方法把稀释层和渗碳层清除, 才能继续焊接。

不锈钢复合钢板的焊接一般应先焊基层, 待基层施焊到离基层和覆层交界线2mm～3mm时停止焊接, 经清根及规定的质量检验项目检验合格后, 再焊过渡层 (该过渡层厚度不小于5mm) , 最后焊接覆层。当施焊位置不允许时, 亦可先焊覆层, 再焊过渡层, 最后焊基层, 但在这种焊接顺序下, 基层的焊接, 须用与过渡层焊接相同的不锈钢焊接材料, 即Cr25-Ni13型焊接材料;亦可在过渡层上焊接纯铁素体不锈钢焊接材料, 即Cr25-Ni20型焊接材料过渡, 该过渡层厚度应不小于5mm后, 才能用低碳钢或低合金钢焊条或焊丝焊接。

双相不锈钢的耐蚀性和力学性能除受化学成分的影响, 主要取决于其合理的高温铁素体δ相和奥氏体γ相之比。水工金属结构一般耐蚀性要求δ/γ的比值控制在5%左右。因此, 焊缝能否保持这种合理的相组织比值是焊接双相不锈钢的关键问题。根据Fe—C r—Ni三元合金相图, 由图可知, 双相不锈钢在刚凝固结束时的组织为单相δ铁素体。奥氏体γ相是在随后的冷却速度过程中温度低于1300℃后由相晶粒边界形核和生长, 即发生δ相→γ相的转变形成的。它的形态和数量除与化学成分有关外, 主要取决于冷却速度。随着冷却速度的增加, γ相的含量减少。当焊缝成分与母材相同时, 冷却后焊缝组织中γ相的含量较少, 而δ相的含量可能会超过80%。过高的δ相含量会导致焊缝韧性下降, 氢脆敏感性增加。因此, 为了得到合适的δ/γ比值的焊缝组织, 可以根据Schaeffler (舍夫勒) 组织图、Delongdiagram (德龙) 图及美国焊接研究会公布的WRC1992组织图, 通过铬当量和镍当量预测焊缝的室温组织。

5. 不锈钢复合钢板焊接去应力处理

不锈钢复合钢板通常不做焊接后去应力处理。若采用焊后去应力热处理, 应在焊接基层之后、在焊接过渡层和覆层之前进行。这样可以减小由于覆层和基层的热膨胀系数不同而导致新的应力产生, 也防止其热膨胀系数不同导致覆层和基层的热处理分层。同时, 在进行焊后热处理时, 应避开铁素体不锈钢或马氏体不锈钢脆化温度区间400℃～600℃和奥氏体系不锈钢脆化温度区间450℃～850℃, 可采用低温热处理或高温热处理时在脆化区间范围内激冷, 如水韧处理。而采用焊后爆炸去应力处理时, 也应在焊接过渡层和覆层之前进行。焊后爆炸去应力处理是通过材料的塑性变形原理来削平焊接残余应力峰值, 相当于给焊件一个预拉伸, 虽然应力下降了, 但同时材料的脆性倾向也增加了。由于基层和覆层的材质不同, 也就是两者的塑性变形情况也不一样。若采用爆炸去应力处理两者变形速率不一致, 会出现新的内应力, 甚至会导致覆层与基层剥离分层的可能。为此, 对不锈钢复合钢板采用这些方法去应力处理时应慎用。

6. 结束语

不锈钢复合板焊接工艺研究 篇5

不锈钢复合管生产方式大概有以下几种:包覆成型、拉拔成型、复合钢板成型[1]。包覆成型是在碳钢管芯上包覆一层不锈钢带, 由于包覆的不锈钢带较薄, 其焊接一般采用氢弧焊或等离子弧焊[2~3]。复合钢板成型是将不锈钢复合板经卷制、对接焊制而成, 在焊接时, 对于复层和基层必须分别进行焊接。另外, 对于基层材料, 必须选择合适的坡口形式和焊接工艺, 以防止复层材料的熔化和稀释[4]。对于由不锈钢组成的内衬复层材料, 应选择用同种材质或Ni丝作为填充材料, 并采用气体保护焊[4]。文献[1]给出的采用爆炸复合钢板焊制不锈钢复合管的生产线中, 采用了氢弧焊或CO2气体保护焊。

本文的主要目的是研究薄不锈钢复合板的焊接工艺, 去分析其力学性能和腐蚀性能。

1 不锈钢复合板焊接工艺

1.1 试验材料、方法

1.1.1 试验材料

试验材料为不锈钢复合板, 基层为Q235, 复层为0Crl8Ni9。复层厚度为1mm基层厚度为6mm。其基层与复层的化学成分及物理性能参数见表1, 表2。

1.1.2 试验方法

试验采用GMAW焊, 试板尺寸是300×l50×7mm, 两块试板对接。

焊接工艺参数的选择如下, 即确保焊缝金属的成分中Cr含量大于18%。焊接工艺参数见表3。

表中, 所有试件第一层均采用相同的焊接规范。试件1, 2, 3, 4焊接电流逐渐递减, 其他焊接参数基本不变。试件6, 2, 5, 7焊接速度逐渐降低, 其它焊接参数基本不变。

试验中采用先焊基层, 再焊复层的方案。根据强度匹配的原则和熔合比试验, 确定基层的焊接材料采用H08Mn2Si A, 保护气体为CO2, 气体流量15L/min。复层的焊接材料选用309L, 保护气体为Ar97.5%+CO22.5%, 气体流量15L/min。所用焊丝的化学成分见表4。

1.2 试验结果分析

1.2.1 力学性能

按照国标GB2651-89《焊接接头拉伸试验方法》进行拉伸试验。表5是拉伸试验试验结果。试件均断于母材上未受热影响部分。这说明焊接接头强度高于母材。

由于试件厚度只有7mm, 复层厚度为1mm, 且焊接过程中存在变形, 无法加工成标准冲击试样, 本文采用非标试样, 试样尺寸为4×8×55mm, 缺口开在熔合线上, 为却贝V型缺口。表6是冲击试验试验结果, 试验温度为0℃。

由表6可以看出, 焊接速度变化时, 冲击功变化并不显著。而焊接电流为194A, 焊接电压22.6V, 焊接速度为4.47mm/s时, 冲击功最高。除4#试件外, 其它试件的冲击功均在40J左右, 超过了低碳钢Q235标准规定的最低冲击功27J。

1.2.2 腐蚀性能

不锈钢复合板的耐腐蚀性能主要由不锈钢复层提供, 因此腐蚀性能试验主要针对不锈钢复层.由于碳钢腐蚀性很差, 若不加保护直接放置于硫酸-硫酸铜溶液中, 由于碳钢的腐蚀, 将降低溶液的有效性。因此, 需要对碳钢层进行保护, 选择的保护试剂为X-158乙烯基脂树脂, 该树脂保护效果较好。本实验中, 由于试板厚度大于4mm, 因此, 将试板从碳钢基层侧加工减薄至4mm。试验根据国标GB/T4334.5《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》进行16小时的晶间腐蚀试验。除4#试件外, 全部试件均合格。4#试件弯曲后在熔合区出现裂纹, 经对一未经过腐蚀试验的试验进行同样的弯曲, 发现在熔合区也出现了裂纹, 这说明裂纹不是由于晶间腐蚀造成的。

由上述试验可知, 采用本文试验条件, 焊缝及热影响区的耐腐蚀性较好能够满足一般条件下的耐腐蚀要求。

2 结语

分析发现焊接电流在130A~194A, 焊接速度在3.13~5.46mm/s, 焊接电压19.7V~21.9V范围内, 可以获得力学性能和耐腐蚀性较好的焊接接头。

摘要：为了提高生产效率和焊接质量, 必须实现焊接过程自动化, 而焊缝跟踪是实现焊接过程自动化的一个重要方面。本文的主要目的是研究薄不锈钢复合板的焊接工艺, 去分析其力学性能和腐蚀性能, 为以后实现焊缝跟踪, 进而实现焊接制管的自动化奠定基础。

关键词：不锈钢复合板,焊接,力学,腐蚀

参考文献

[1]肖桂华, 等.不锈钢-碳钢复合管的生产技术[J].四川冶金, 2000, 1:58～59.

[2]吴立忠, 等.我国复合钢管的现状及发展前景[J].中国建材装备, 2002, 2:13～14.

[3]王启珍, 等.不锈钢复合管钨极自动电弧焊工艺[J].焊管, 1997, 20 (6) :43～45.

不锈钢复合板焊接裂纹预防措施 篇6

复合钢板是由两种不同金属复合而成, 焊接属异种钢焊接。由于不同金属的化学成分、物理、化学性能差别很大, 可焊性差。在焊接中稍有不慎, 就可能沿焊缝方向产生裂纹, 返修补焊也往往会产生新的裂纹。

一、案例

某新建EO/EG装置, EO汽提/再吸收塔设备C-6404与其内部冷凝器E-6405为一台装备, 在设备分交时, C-6404分为上下两段, 中间插入再吸收塔内冷凝器E-6405, 自E-6405上下管板处分界, 分三段供货, 现场组焊为一整体, 具体见表1、图1。现场有两条组装环焊缝。

汽提塔C-6404上、下塔体为16MnR+00Cr19Ni10复合板, 下塔体厚度为28mm+3mm, 上塔体厚度为18mm+3mm。冷凝器E-6405为固定管板式结构, 管板为16MnR, 厚137mm, 表面堆焊304L不锈钢, 现场形成60°坡口的上下两道大角焊缝, 设计要求内层焊不锈钢。

原焊接工艺, 焊条选用基层J507、过渡层A062、复层A002, 焊接顺序为先焊基层, 再焊过渡层, 最后焊复层。但因设备结构限制, 实际安装过程中无法按上述焊接顺序实施焊接, 实际焊接顺序只能为复层→过渡层→基层。

按照一般不锈钢复合板焊接规程, 基层的焊接用过渡层焊材焊接。焊接完成后, 发现下塔体与管板角焊缝处有大面积裂纹产生, 有裂纹的焊缝长度占焊缝总长约2/3, 既有纵向裂纹, 也有横向裂纹, 纵向裂纹最长达500～600mm。

二、原因分析

焊接残余应力和淬硬组织的存在是导致焊接冷裂纹的主要因素, 残余氢的存在可促进裂纹的发生和扩展。

1. 残余应力

冷凝器管板厚度137mm, 表面堆焊不锈钢, 因设计图纸未明确提出焊后消应力热处理, 制造单位未对管板进行消应力热处理, 管板自身应力较大。设备进场后实测, 塔体最大椭圆度达35mm, 施工单位在未校圆的情况下组对焊接, 造成较大焊接残余应力。结构设计上未充分考虑到实际施工的可操作性, 造成不锈钢复合板焊接顺序不合理, 且下环口为仰脸横缝焊接, 现场焊接操作难度大。

2. 焊接热应力

在不锈钢复合板焊接中, 由于两种金属物理性能的不同, 如熔化温度、线膨胀系数、热导率等的差异, 影响焊接的热循环过程、结晶条件, 降低焊接接头质量。线膨胀系数相差较大时, 会引起较大的焊接残余应力和变形, 易使焊缝和热影响区产生裂纹。

本案中珠光体钢16MnR、奥氏体304L导热系数和线膨胀系数存在较大差异, 见表2。由于奥氏体的导热系数较低, 热膨胀系数较大, 膨胀变形较大。接头在冷却时奥氏体比珠光体钢收缩变形大, 而基层金属却束缚着过渡层金属的收缩。在焊缝方向上, 如果焊缝上存在脆、硬的马氏体淬硬组织, 在热应力的作用下极易产生裂纹, 马氏体组织越多, 焊缝裂纹敏感性越强。

3. 马氏体淬硬组织的形成

设备分三段运抵建设现场后, 施工单位现场安装组焊。复层采用A002 (钛钙型超低碳Cr19Ni10焊条) , 过渡层和基层采用A062 (钛钙型超低碳Cr23Ni13焊条) 。

母材、焊材的化学成分及铬镍当量的计算数值见表3。

铬当量计算公式[Cr]=1%Cr+1%Mo+1.5%Si+0.5%Nb, 镍当量计算公式[Ni]=1%Ni+30%C+0.5%Mn。

利用舍夫勒图 (图2) 分析过渡层焊缝组织构成。

在图2中分别标出基层金属16MnR相应成分点m, 复层金属304L相应成分点s, 过渡层焊条金属A062相应成分点f。

在实际焊接过程中, 因设备结构限制, 被迫采用先焊复层, 再焊过渡层, 最后焊基层的工序。过渡层是在复层金属上焊接, 复层金属304L熔入过渡层焊缝的比例较高, 则两种材料成分混合后应在s、f连线中心偏左的位置, 假设为a点, 可以认为这就是待焊母材。具有a点成分的待焊母材再与基层金属成分m相熔合后, 构成焊缝金属。其具体组成成分应落在a、m连线上, 根据熔合比确定。从图2可知, 为使焊缝不出现马氏体组织, 基层熔合比大致应低于20%, 实际焊接时极难控制, 焊接电流或焊条摆动稍大, 基层融合比就可能超出极限值, 马氏体组织产生几率极大, 几乎难以避免。即使严格控制内复层和过渡层的融合比, 比如混合成分在s、f连线中心偏右的b点, 焊缝金属组织如若不产生马氏体, 基层金属熔入焊缝中的融合比至少应小于30%, 控制难度极大。同时由于是冬季施工, 组焊设备体积庞大, 又无预热和保温, 焊缝温度降低较快也是促进马氏体产生的因素。

4. 其他因素

(1) 碳迁移的影响。焊接时碳从低Cr的基层金属向高Cr的不锈钢复层焊缝金属扩散迁移, 因此在基层和复层的交界处形成高硬度的增碳层和低硬度的脱碳层, 引起熔合区的脆化和软化。

(2) 焊缝的结晶裂纹。奥氏体结晶温度区间很大, 熔池结晶时枝晶晶界上存在的S、P等低熔点共晶物呈现薄膜状, 在拉应力作用下极易产生裂纹。

(3) 焊接纪律等因素。焊接接头附近油、水等污物处理状况和焊条烘干、存放状况的不良均可在焊缝中形成较多的残余氢, 焊后冷却时如果没有及时进行后热处理, 残余氢会扩散聚集, 对裂纹的产生起到促进的作用。

如果不能严格执行按合格焊评编制的焊接工艺, 其他诸如焊接线能量控制、熔合比、熔深控制等因素, 均会对焊接质量产生影响。

三、解决方法

减少应力和避免马氏体淬硬组织的形成是问题解决的基本方向。

1. 应力问题的解决

由于管板和管束涨焊已经完成, 若此时对堆焊后的管板进行消应力热处理, 虽然有利于应力水平的降低, 但对管束涨焊的影响不易判断。考虑到介质的特殊性, 此时热处理不会获得理想效果。对于设备对口处椭圆度超标问题, 由于筒体直径较大且内有不锈钢复合层, 加之相关设施的缺乏, 现场无法完成筒体校圆工作。因此高应力问题现场无法解决, 只能在避免或减少马氏体淬硬组织形成上想办法。

2. 避免马氏体淬硬组织的形成

虽然正常焊接顺序为基层、过渡层、复层, 这样可以尽量减少碳迁移和合金元素的稀释, 避免马氏体的形成和焊缝的脆化问题。但由于设备结构的特殊性, 只能按复层、过渡层、基层顺序焊接, 在焊接过程中, 由于基层金属16MnR的熔入, 使得焊缝金属合金成分被冲淡, 要想焊缝中不产生马氏体组织, 必须保证焊缝中奥氏体形成元素Ni的含量不低于一定值, Ni含量越高形成马氏体的可能性就越低。本案在考虑到角焊缝的强度问题 (304L在100℃时δs=118MPa, 16MnR在100℃时δs=163MPa) 的同时, 决定过渡层和基层焊接均采用高Ni焊条ENi Fe-3, 该焊材是低氢型Ni70Cr15镍基合金焊条, Ni含量高, 且熔敷金属含有适量锰、钼和铌, 具有较好的抗裂性。

四、返修施工基本方法及技术要求

1. 原焊缝清理

鉴于E-6405冷凝器已经组焊安装在C-6404塔下段, 在焊缝清理时, 发现部分裂纹已延伸至E-6405管板焊缝热影响区, 无法继续清理。因此, 需将E-6405整体及与其相接的C-6404一段筒体一起割除。先将E-6405带C-6404下段一节筒体吊到地面, 放在电动托辊上进行返修, 其返修步骤如下:

(1) 为防止原焊缝焊趾处的裂纹向管板延伸, 采用分层气刨去除焊缝到复层, 气刨前用火焊把对焊缝进行预热100～150℃, 预热范围为焊缝宽度的3倍。然后用磨光机打磨焊道至冷凝器管板处。将C-6404下段筒体取下后, 分别清除筒体和冷凝器管板上的零星焊肉, 再将筒体坡口及热影响区处全部打磨干净。筒体焊缝清理后, 进行渗透检测, 确保坡口无裂纹。

(2) 对冷凝器管板进行检查, 对于已延伸至管板热影响区的裂纹, 采用超声波检测, 确定裂纹深度, 然后采用磨光机打磨处理, 确保裂纹不再延伸。

2. 焊接

首先进行焊接评定, 焊评合格后对裂纹部位打磨补焊修复, 对未发现裂纹的区域也用ENi Cr Fe3堆焊一层, 焊接过程中严格控制焊接熔合比这一关键因素。

(1) 对管板缺陷去除处进行补焊, 采用ENi Cr Fe3焊条。补焊前将补焊部位预热到150℃方可施焊。

(2) 对管板、塔体连接处进行重新焊接, 采用ENi Cr Fe3焊条;焊前焊接部位预热到150℃方可施焊。焊接采用两人180°同步同向焊接, 焊接方法采用小电流、多层多道快速焊。层间温度不得低于100℃。

3. 焊接保证措施

(1) 选用焊接技能高的优秀焊工, 焊接前进行专题技术交底, 明确焊接要求和施焊步骤, 并安排焊工在钢板上进行预施焊, 以掌握ENi Cr Fe3焊条的焊接特点。

(2) 全过程监督现场镍基焊材施焊。

(3) 过程严格按照镍基焊材焊接工艺进行。对于镍基焊材, 焊接易出现热裂纹, 特别是弧坑处容易出现热裂纹, 要求施焊过程中, 焊接电流不能太大。加强对弧坑的检查和打磨。

(4) 每焊接一层, 及时打磨飞溅, 着色检查合格后, 才能继续施焊下一层。

4. 检验

C-6404与E-6405角焊缝位置不适合射线、超声检测, 需分层进行渗透检测。检测位置为复层、过渡层、基层, 焊接一层检查一次, 直至基层焊完。检测标准为JB/T4730.5-2005, Ⅰ级合格。

5. 热处理

因设备残余应力大, 因此有必要对焊缝进行消除应力热处理, 热处理参数如下:部位C-6404;壁厚28mm+3mm;升温速度50～160℃/h;保温温度560℃;恒温时间1.2h;降温速度210～50℃/h (<400℃时, 自然冷却) 。

五、经验总结

设计的优劣是装备质量保障的前提, 制造、安装是保证装备质量的基础, 任何环节的疏忽都会对设备最终质量产生影响。在本案中EO的爆炸极限为3%～100%, 如果发生开裂泄漏, 将严重威胁到装置的本质运行安全。

焊接是一个复杂的系统工作, 尤其复合钢板焊接属异种钢焊接, 焊接质量控制难度更大、更复杂, 影响因素更多, 任何环节的失控必将影响到接头的焊接质量。因此必须严格执行焊接顺序, 合理选择焊材, 采用小电流、多道焊, 避免焊条过度摆动, 严控熔合比等各个细节, 严格按照合格焊接评定工艺进行焊接, 才能得到满意的焊接质量。

摘要：针对复合板焊接裂纹问题, 利用舍夫勒图分析裂纹产生原因, 并根据现场实际状况提出相应解决方法及措施。

关键词：复合板,焊接,裂纹

参考文献

不锈钢复合板焊接质量缺陷及对策 篇7

焊接是制造业的重要组成部分,应用广泛,发展迅速,在制造行业占有重要的地位。我国是世界产钢、用钢大国,也是焊接大国。随着高新技术和新工艺的不断出现,机械制造、安装、维修业也逐步向精细方向发展,对焊接技术和材料的要求的要求也越来越高。其中不锈钢复合材料是一类常用的重要焊接材料。

不锈钢复合板具备了不锈钢的耐腐蚀性和低合金高强钢的高强度的双重优点,同时还具备了价格较低的优势,因此在石油化工行业中应用十分广泛,有许多化工设备,如常压塔、催化装置、减压塔、分馏塔等,常大量采用不锈钢复合板。由于这种钢材主要由覆层不锈钢和基层低合金高强钢两种材料复合而成的,因此在形成焊接接头过程时,除了能出现焊接同种金属时可能出现的焊接缺陷外,还会出现因这两种金属复合到一起后,出现的焊接缺陷。如裂纹、夹渣、未熔合等等。

本文分析了这类复合钢板的覆层和过渡层在焊接时出现的各缺陷的原因,提出了防止出现这些缺陷应采用的工艺措施。能有效地提高焊接质量,大大提高了这类重要化工设备的使用安全性。

1 各种缺陷形成的原因

1.1 未熔合

这类钢板厚度大多在几至几十毫米之间,坡口形式多采用如图1所示的形式。但由于是异种金属焊接,在其过渡层部位,常会出现未熔合现象。

形成的原因是使用的焊接规范不正确。按照工艺规程要求,焊接过渡层时应采用较小的焊接线能量,在实际操作中,有些焊工由于经验不足,焊接时使用的电流过小,焊速偏快,结果出现电弧在两侧坡口上停留时间过短,运条角度不正确,坡口金属的熔合状态不好,形成了填充金属不能与母材金属充分熔合,出现未熔合现象。

1.2 夹渣

夹渣的形成原因是焊工使用的电流偏大,焊条角度不当,稳弧时间过短造成的。在图2中,焊接基层上靠近复层的最后一层焊道时如果电流偏大,会在两侧坡口上会出现明显的咬边现象,当再焊接过渡层时,由于改用了小规范,同时由于过渡层的填充金属在液态情况下粘度较大,焊接时存在于咬边内部的熔渣不易浮出,过渡层液态金属凝固后,存在于咬边空隙内的熔渣则成为夹渣。

1.3 裂纹

裂纹形成原因主要有以下几点:

(1)坡口两侧不锈钢层清除不彻底

在有些复合钢板中,为了更好地提高焊接质量,工件的坡口有时采用图1中(f)的形式。但在实际操作中,由于复合钢板的复层与基层熔合处熔合的厚薄不均的现象,加工坡口时,单从外观上很难确定不锈钢层是否彻底清除干净。如果坡口两侧的基层表面仍有少量的不锈钢成分,焊接基层时,残留的不锈钢就会融入基板焊缝中,结果出现焊道裂纹。

(2)焊工的工艺参数掌握得不好

这类接头中,各层焊道的焊接大多是用手工电弧焊和埋弧自动焊完成的,在实际的焊接中,常会出现由于焊工运条不当,或是没有掌握好相关的工艺参数,导致焊出的焊道高度、宽度偏离工艺规程要求的现象。

例如在图3中,基层上的最后一道焊道如果焊得过高,再焊随后的过渡层焊道时,就会出现基层金属的成分在过渡层金属中占的比例过大,可能出现裂纹。同时,如果基板上的最后一道焊道高度过低,随后焊出的过渡层焊道也偏低时,当焊接复层焊缝时,由于熔深过大,会有一定量的基层金属进入复层焊道中,也易导致裂纹。

(3)返修后的焊缝易出现裂纹

返修后的焊缝出现裂纹的主要原因是,焊工没能在焊道相对应的位置上使用相应的焊条,在焊接过渡层及覆层时,残留基层飞溅。

例如在图4中,经用磨光机打磨后的缺口的最深点是在基层焊道内,正常情况下,焊工应先用基层焊条焊接,再焊过渡层,最后焊覆层。但如果焊工错误地将缺口的最深点认为是过渡层位置,就会先用过渡层焊条焊接缺口底部,再用复层焊条焊补完整个焊道,结果造成过多的基板金属融入复层焊道中,形成开裂。

2 提高焊接质量的措施

2.1 根据不同的坡口形式正确选择焊接顺序

在可以进行双面焊接的情况下,图1中示出的大部分坡口都可以按照先焊基板焊道,再焊过渡层,最后焊复层的顺序进行焊接,为保证焊缝两侧良好的熔合,应把坡口两侧夹渣和咬边处用同材质钢丝刷或磨光机片清理干净必须采用排焊,焊条不要横向摆动。对图1中(e)示出的坡口形式,如果只能单面施焊,则只能按先焊复层再焊过渡层,最后焊基板焊道的顺序施焊。但焊接前还需要采取其他的保护措施,如在焊缝内侧充满保护气体等等,另外在焊接复层焊道时,要严格控制焊道厚度,不能过厚,以便在焊接过渡层时能获合适的熔合比。

2.2 严格控制焊道的熔深

焊接过程中熔深的大小是很难判断的,操作中焊工往往是根据电流的大小,熔池的大小,间接地判断熔深的大小,焊接复合钢板时,熔深的大小对焊接质量有着很大的影响。

例如焊接过渡层时,工艺上要求采用较小的焊接电流,就是为了减小熔深,如果电流过大,熔深过大,其基层金属可能会过多地融入过渡层,形成裂纹。同样,焊接复层时熔深过大,也会出现裂纹等问题。一般情况下,过渡层与基板焊道之间的熔合深度在1.5~2.5mm之间为好,焊接复层时,复层焊道与过渡层焊道之间的熔合深度在0.5~1.0mm之间为好,如图5所示。

2.3 严格控制各层焊道的尺寸

焊接基板时应对复板表面加以保护,防止飞溅物粘到复板表面,造成复板性能下降,基板最后一道焊道不能过高,出现焊道过高时,应用磨光机等工具将其打磨至合适的高度,然后再焊复层焊道。

3 结论

通过对不锈钢复合板焊接接头常出现的缺陷及形成原因进行分析,可以有效地防止缺陷,提高焊接质量。影响不锈钢复合板焊接质量的主要因素有以下3点:

(1)坡口形式

在图1中(f)所示的坡口形式对提高焊接质量最为有利,一方面这种x形的坡口,能减少焊缝金属的填充量,降低成本。又由于坡口两侧的不锈钢层被加工掉了4~6mm宽度,焊接基板时,坡口两侧的不锈钢板受热的影响不大,焊接接头性能好,焊接操作比较容易。

(2)工艺参数

最重要的是焊接电流和焊接速度等工艺参数,运用的不合理时,会造成多种焊接缺陷。

(3)焊工操作水平

实际焊接中,焊工焊出的各焊道的尺寸、熔深及合理的运条等与工艺规程中的要求越接近越好,如果偏差过大,同样能出现各种缺陷。

参考文献

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不锈钢复合钢板的焊接论文 篇8

1 试验方法

JB/T4730.2-2005的3.5表1规定。X射线 (≤100KV) 前屏可以不用或≤0.03mmPb.后屏≤0.03 mmPb, 我们在试验中分别采用三种方式:1) 前、后屏均用0.03mm铅箔增感屏。2) 前、后均不用增感屏。3) 前屏不用, 后屏用0.03mm铅箔增感屏。三种方法背散射均用1mm铅板防护。

工艺参数:

1) 管电压100KV管电流5mA曝光时间3min焦距700mm;

2) 管电压90KV管电流5mA曝光时间3min焦距700mm。

暗室处理条件一致, 显影时间5min, 显影温度20℃±2℃, 定影时间15min, 水洗30min, 自然晾干。用黑白密度计采用四点测量法测量黑度见表2。

观片灯下观察, 均能清晰显示17号丝影像, 但使用100KV管电压的第一组和第二组, 90KV管电压的第二组均不符合AB级黑度D=2.0~4.0的规定, 100KV管电压的第三组和90KV管电压的第一组和第三组符合标准规定, 但通观底片90KV第三组效果最好。

2 底片的评定

1) JB/T4730.2-2005的5.15表9、表10规定, 缺陷点数大于Ⅲ级或缺陷直径大于T/2时为Ⅳ。如在圆形缺陷评定区内, 一缺陷宽为0.6mm, 长1.2mm或者1.5mm, 长宽比不大于3, 定性为圆形缺陷, 但其长径1.2mm~1.5mm>T/2, 评定Ⅳ。所以2mm厚对接焊接接头内圆形缺陷的控制尤为重要, 否则会造成大量返修, 既影响质量也延误工时。

2) 2mm厚不锈钢板对接接头, 一般采用氩弧焊, 单面焊双面成型, 制作过程中要严格按工艺要求组对, 按焊接工艺参数施焊, 如操作不当, 会在焊缝中心留有浅浅的收缩凹陷。会在底片上形成疑似缺陷的浅浅的线性影像, 有可能造成误判。所以在透照前, 应认真检查外观, 如发现可用砂轮机轻轻打磨即可去除。

3 结语

经过试验和在日常工作中不断积累证明, X射线能量低于100KV的射线检测。当焦距700mm, AB级射线检测技术不小于15mA.min时, 采用标准规定的不使用前屏, 只使用0.03mm铅箔增感屏后屏, 均能拍出较理想的符合标准规定的射线底片。验证了标准的正确性。但在胶片的裁切装袋过程中应注意保护, 防止划伤, 影响底片评定。因此只要认真执行标准, 认真执行工艺规范, 产品质量才会得到保证。

参考文献