不锈复合钢的焊接

基础知识

不锈复合钢板是由较厚的珠光体钢（基层）和较薄的不锈钢（复层）复合轧制而成的双金属板。基层多为碳钢或低合金钢，复层多为1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo Ti、Cr23Ni28Mo3Cu3Ti等奥氏体不锈钢，主要满足耐蚀性能等要求。不锈钢复层通常是在容器里层，厚度一般只占总厚度的10%～20%，如图9-9所示。

图9-9  不锈复合钢板

不锈复合钢板基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接，焊接性主要取决于复层和基层的物理性能、化学成分、接头形式及填充金属种类。不锈复合钢板焊接时，要注意两方面的问题：一是对于基层要避免铬、镍等合金含量增高，因为铬、镍含量增高，基层焊缝中会形成硬脆组织，容易产生裂纹，影响焊缝强度。二是对于覆层要避免增碳，因覆层焊缝增碳就会大大降低其耐腐蚀性。

任务实施

一、焊接材料的选择

复层材料的选用应保证熔敷金属的合金元素的含量不低于复层材料标准规定的下限值。过渡层的焊条宜选择25% Cr～13% Ni型或25% Cr～20% Ni型以补充基层对复层的稀释，对复层含钼的不锈钢复合板，应采用25%～13% Ni-Mo型焊条。常用不锈钢复合板焊接材料的选取见表9-16、9-17。

表9-16 常用不锈钢复合板过渡层及复层焊接材料的选用

表9-17 常用不锈钢复合板基层焊接材料的选用

二、焊前准备

1.下料

不锈钢复合钢板的切割以及坡口加工尽量采用机械加工方法，切割面应光滑，采用剪床切割时，复层应朝上。也可以采用等离子切割，切割时复层朝上，严禁将切割的熔渣落在复层上。

2.坡口加工及检查

坡口形式和尺寸按图纸设计规定。坡口选用原则：确保焊接质量填充金属少，熔合比小，便于操作。坡口加工一般采用机械方法制成。若采用等离子切割、气割等方法开制坡口，则必须去除复材表面的氧化层。加工完的坡口要进行外观检查，不得有裂纹和分层，否则应进行修补。

3.焊前清理

坡口及其两侧各20 mm范围内应用机械方法及有机溶剂进行表面清理，清除表面的油污、锈迹、金属屑、氧化膜及其他污物，复层距离坡口100 mm范围内应涂防飞溅涂料。

4.焊件装配

装配应以复层为基准，其错边量不得大于复层厚度的二分之一，且不大于2 mm，对于复层厚度不同时，按较小的复层厚度取错边量。定位焊应焊在基层母材上，且采用与焊接基层金属相同的焊接材料。手弧焊定位焊焊缝尺寸见表9-18。

表9-18 手弧焊定位焊焊缝尺寸 单位：mm

注：δ0为基层厚度

三、焊接

当产品技术条件要求焊接工艺评定时，须在开工前由施工单位根据产品的结构特点以及技术要求制定焊接工艺评定，并取得质量监督部门的认可。

1.焊接方法

基层的焊接推荐采用手工电弧焊、埋弧焊及二氧化碳气体保护焊。复层和过渡层的焊接采用钨极氩弧焊和手工电弧焊，也可采用能确保焊接质量的其他焊接方法。

2.焊接程序

焊接宜先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层，如图9-10、图9-11所示。当条件受到限制时，也可先焊复层，再焊过渡层和基层，在这种情况下，如果复合板厚度小于10 mm，基层的焊接可直接选用与过渡层相同的焊接材料，如果复合板厚度大于10 mm，这时可适当加大过渡层的焊接厚度（过渡层的焊接厚度应大于或等于5 mm），最后焊接碳钢或低合金基层。

图9-10  不锈钢复合板单面焊接的焊接顺序示意图

图9-11  不锈钢复合板双面焊接的焊接顺序示意图

（1）基层的焊接 焊接基层焊道不得触及和熔化复材，先焊基材时，其焊道根部或表面应距复合界面1～2 mm。焊缝余高应符合有关标准的规定。视基材厚度、钢种以及结构等因素，必要时可采用适当的预热处理。

（2）过渡层的焊接 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，降低熔合比。为此应采用较小直径的焊条或焊丝以及较小的焊接线能量。过渡层的厚度应不小于2 mm。

（3）复层的焊接 在焊接复层时，要注意保护复层的表面，防止焊接飞溅物损伤复层表面，不得在复层表面随意引弧、焊接卡兰、吊环以及临时支架等。复层焊缝表面应尽可能与复层表面保持平整、光顺。对接焊缝余高不大于1.5 mm。

拓展提高

不锈钢复合板就像其他所有新型事物一样，有它独有的发展历史，不锈钢复合板的前世今生说来也很有戏剧性。早在一战期间，德军的一颗炮弹炸到盟军的坦克盖上，一声巨响后，只见铜制的弹片牢牢附着在坦克盖上，任凭盟军的兄弟用工具也不能将它们分开，没错，这是最早期的复合板。到了1860年，美国人开始研究金属复合板，这个过程也非常漫长。历史往往就是这样，为了一件巧合的事件却要费上几代人的智慧去研究。20世纪30年代，美国人为了降低成本，同时提高结合强度，已经在工业上生产并使用镍钢复合板了，同一时间，苏联人采用直接轧制法、铸造法、爆炸法、扩散焊接法等工艺，研究铝、锡、钢等金属的基材与合金覆材的轧制复合。日本在不锈钢复合板研制技术方面领先我们很多，在起步比较晚的条件下，他们取得了对不锈钢/铝复合材料的多项专利。到了20世纪60年代初，我国也开始研究不锈钢复合板，其中有很多国内的院校和研究机构做出了比较大的贡献，像上海钢铁研究所、北京科技大学、东北大学、长沙矿业研究院、武汉科技大学等。经过一百多年的发展，不锈钢复合板生产技术不断提高，我们有理由相信，不锈钢复合板技术的发展会越来越好。