不锈复合钢板的焊接

四、不锈复合钢板的焊接

不锈复合钢板是用较薄的不锈钢板(如1Cr18Ni9Ti，1Cr18Nil2Mo2Ti、1Cr13等)作复层，通常是布置在容器或管道的内部，使其承受腐蚀介质的侵蚀，再用较厚的结构钢板［如20、20g、Q235(09Mn2)、Q345(16Mn)、12CrMo等］作基层，以满足结构强度和塑性的要求。两种异种金属经轧制后就成为双金属的不锈钢复合钢板。

不锈复合钢板的厚度一般不小于8mm，基层的最小厚度为6mm，覆层厚度为0.5～14mm，通常为2～3mm。按覆层和基层间面积结合程度与用途，不锈复合钢板分三个等级:Ⅰ级要求覆层与基层间面积结合率为100%，不允许有未结合区，适合于加工要求严格的结构件;Ⅱ级允许覆盖层和基层间面积结合率≥99%，单个未结合区长度不大于50mm，面积不大于20cm²，适用于允许少量未结合区存在的结构件;Ⅲ级允许覆盖层和基层间面积结合率≥95%，单个未结合区长度不大于75mm，面积不大于45cm²，适用于覆层材料只作为抗腐蚀来使用。

1．不锈复合钢板的焊接性

焊接不锈复合钢板不同于单一材料的焊接，两层钢材的焊接性有很大的差异，因此，不能采用单一的焊接材料和焊接工艺进行焊接。如果单独采用适合于基层的焊接材料和焊接工艺，则焊接覆层时会出现中合金马氏体钢的焊缝，破坏焊缝的力学性能，丧失覆层的耐蚀性，还容易产生焊接裂纹。如果采用单一适合于覆层的不锈钢焊接材料和焊接工艺进行焊接，虽然能得到耐蚀性能合格的覆层表面，但是基层焊缝存在对不锈钢焊缝的稀释问题，降低不锈钢焊缝的铬、镍含量，增加不锈钢焊缝的含碳量，在不锈钢焊缝中容易造成硬而脆的马氏体组织，降低接头的塑性和韧性。

在不锈复合钢板的焊接中，应力求将基层和覆层的焊接区分开来，尽量减少两种材料的熔合。因此，不锈复合钢板焊接的关键问题在于处理好覆层与基层交界部位的焊接性，也就是过渡层的焊接。为了保证过渡层能完成化学成分由基层到覆层的过渡，最重要的是选择焊接材料和稳定的工艺参数来保证熔合比。另外，由于不锈钢同碳钢的热物理性能差别很大，为了防止焊后冷却过程中或以后工作过程中因温差而开裂，应当保护过渡层具有优良的塑性和韧性，避免接头产生裂纹。

2．焊材的选用

不锈钢复合钢板的焊缝由过渡层(隔离层)、基层和覆层三个部分组成。不同的层选择不同的焊接材料。

(1)基层和覆层焊接材料的选择。

选用与基层钢和覆层钢种单独焊接时相同的焊接材料，并使用相同的焊接工艺。

(2)过渡层焊接材料的选择。

为了保证覆层焊缝合金不受或少受基层金属的稀释，过渡层的焊接材料必须选用其铬、镍合金高于覆层中不锈钢的含量。同时，为了补偿碳钢对覆层焊缝金属的稀释作用并补充焊接过程中合金元素的烧损，过渡层合金应与覆层不锈钢成分接近，并具有良好的塑性和韧性。当不锈复合钢板焊接构件对焊缝金属的塑性和耐蚀性要求不高时，其过渡层可选用焊接覆层的焊接材料。对于大厚度的不锈复合钢板的焊接结构件，由于其刚度较大，可选用纯镍焊接材料。

不锈钢复合钢板可采用焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊等焊接方法。不锈复合钢板的焊条选用见表5－42，不锈复合钢板的埋弧焊焊丝选用见表5－43，不锈复合钢板的气体保护焊焊丝见表5－44。

表5－42　不锈钢复合钢板的焊条选用

续表

表5－43　不锈钢复合钢板的埋弧焊焊丝选用

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表5－44　不锈钢复合钢板的气体保护焊焊丝选用

3．焊接工艺要点

①由于复合板中两种金属成分的物理性能和力学性能有很大差别，所以，基层的焊接以保证接头的力学性能为原则，一般可参照碳素钢或低合金钢的焊接工艺。复层的焊接既要保证接头的耐腐蚀性能，又要获得满意的力学性能，焊接过程要遵守不锈钢的焊接工艺。

②为了减少覆层不锈钢成分对基层焊接的影响，有时会将接头区的覆层铲除，等基层完全焊好后，再在其上面堆焊过渡层，然后进行覆层的焊接。

③不锈钢复合钢板的焊接过程是:先焊基层一侧，然后从复层一侧铲除焊根，并用砂轮片打磨干净，经检验合格后，再焊过渡层及复层。基层的厚度较大，只要坡口合适，能够避免覆层金属熔入到基层焊缝金属的情况。基层焊接时要避免熔化至不锈钢复层，复层焊接时要防止基层金属熔入焊缝而降低铬、镍含量，从而降低复层焊缝的耐腐蚀性和塑性。

④为了防止焊接裂纹，有时允许焊缝的金属成分稍稍偏离钢板成分，以换取含有少量铁素体组织。

4．焊接方法

(1)坡口形式及尺寸。

为了保证不锈复合钢板各层的焊接质量，应选择合适的坡口形式及尺寸，有效地控制过渡层的焊缝尺寸，同时也要保证坡口尺寸的加工精度。不锈钢复合钢板的坡口形式见表5－45。

表5－45　不锈钢复合钢板的坡口形式

(2)装配及定位焊。

不锈复合钢板在装配定位焊之前，要将覆层侧的坡口及其两侧20mm范围内清理干净，装配时一定要以覆层为基准对齐，并严格控制错边量。错边量过大，直接影响过渡层与覆层的焊接质量。定位焊时一定要在基层面上进行，不允许在覆层上进行定位焊，且所选的焊接材料与焊接基层时的焊接材料相同。

(3)复合钢板的焊接。

焊接时，首先从基层一层进行打底焊，并逐层将基层焊满;然后从覆层一侧清焊根，注意保证开槽尺寸;最后焊过渡层和覆层焊缝。焊接顺序如图5－4所示。焊接过渡层时，为了减少稀释率，在确保焊透的前提下，应尽量采用较小的焊接电流。过渡层的焊缝要盖满基层焊缝，并略超过基层与覆层交界线。焊接不锈钢覆层时，在不影响焊接接头质量的前提下，可适当加快覆层的冷却速度，避免覆层在600～1000℃停留时间过长，而影响其耐蚀性。不锈钢复合钢板焊条电弧焊的焊接参数见表5－46。

图5－4　不锈复合钢板焊接顺序

表5－46　不锈钢复合钢板焊条电弧焊的焊接参数