最新复合板焊接工艺全.docx
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最新复合板焊接工艺全
复合板焊接工艺全
复合钢的焊接
石油、化工、航海和军工生产中广泛使用复合钢制造各类耐腐蚀设备。
目前应用较多的复合钢是由较薄的不锈钢与较厚的低合金钢通过爆炸焊、轧制或堆焊等工艺方法制成的双金属板材。
较厚的珠光体钢部分为基层，基层多半由低碳钢或低合金钢组成，主要满足复合钢在使用中强度和刚度的要求。
不锈钢部分为复层，主要满足复合钢的耐蚀性等要求。
随着复合钢的应用范围不断扩大，其焊接日益引起人们的关注。
1.复合钢的基本性能
1.1复合钢的力学性能
生产中应用较多的复合钢板是以不锈钢、镍基合金、铜基合金或钛合金板为复层，低碳钢或低合金钢为基层，以爆炸焊、复合轧制、堆焊或钎焊方法制成的双金属板材。
还可以采用电渣焊生产大厚度（100～150mm）的轧制复合钢。
通常复层只占复合钢板总厚度的5%～50%，一般为10%～20%，最小实用厚度为1.5mm。
复合钢可以节约大量的不锈钢或钛等贵重金属，具有很大的经济价值。
碳钢与不锈钢（或镍基合金、钛等）用复合轧制或爆炸焊方法形成的复合钢板，要求具有一定的拉伸、弯曲等力学性能。
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，焊接性、焊接材料选择、焊接工艺等由基层、复层材料决定。
①拉伸强度复合钢中的不锈钢复层的力学性能比基层碳钢优良，抗接强度高于碳钢。
复合钢的拉伸强度（σb、σs）可用下式求出。
σbcδcσbdδd
σb＝────────
δcδd
式中σbc——碳钢的抗拉强度，MPa；
δc——碳钢的厚度，mm；
σbd——不锈钢的抗拉强度，MPa；
δd——不锈钢的厚度，mm。
在实际设计中，美国在ASMF标准中规定：
复合钢的整体厚度按基层碳钢的厚度进行设计。
日本有关标准通常也按这种规定进行设计。
②弯曲性能测定复合钢的弯曲性能时，可把不锈钢复层放在外侧，也可把碳钢基层放在外侧进行弯曲试验。
无论采取哪种方法，都必须根据处于外侧材料的弯曲试验规定进行，目的是为了判断外侧材料的性能。
如果把不锈钢放在外侧进行弯曲试验，弯曲半径按与复合钢整体厚度相等的不锈钢厚度弯曲试验所规定的半径进行弯曲，弯曲时外侧必须不产生裂纹。
在碳钢为外侧的弯曲试验时，应按碳钢整体厚度的规定进行试验。
判断复合钢的弯曲性能时，把不锈钢放在内侧，当不锈钢的厚度为4.9～9.5mm时，半径R可按复合钢整体厚度的一半（R=δ/2）进行弯曲。
当不锈钢厚度δ>9mm时，弯曲半径R按等于复合钢整体厚度（R=δ）进行弯曲。
通常规定三个试样中至少一个试样不能在弯曲处的两端有超过50%的分离现象。
碳钢与不锈钢爆炸焊时，由于工艺参数不当，有时在接合面交界处能产生硬化的合金层，当进行弯曲试验时，这种合金层容易形成裂纹。
因此，使用爆炸焊复合钢制造承受弯曲载荷的结构时，必须选用没有硬化合金层的爆炸焊复合钢。
1.2不锈复合钢的种类与性能
不锈复层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、Cr18Ni12Mo2Ti、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，厚度一般只点总厚度的10%～20%。
我国生产的不锈钢复合钢板种类和力学性能见表1。
目前应用较多的是奥氏体系复合钢板和铁素体系复合钢板。
不锈复合钢冷轧薄板和钢带宽度900～1200mm、长度2000mm的允许偏差应符合GB/T708-1988的规定。
成卷交货时钢卷头、尾厚度不正常的长度分别不超过6000mm。
不锈复合冷轧薄钢板的厚度允许偏差见表2。
不锈复合钢板总厚度及其允许偏差见表3。
复合钢（基层复层）
规格/mm
δb/MPa
δS/MPa
δ5/％
τb/MPa
总厚度
宽度
长度
Q2351Cr18Ni9Ti（0Cr18Ni9Ti）
6,8,10,
12,14,
15,16,
18
1000
≥2000
－
－
－
－
Q2351Cr18Ni12Mo2Ti
（0Cr18Ni12Mo2Ti）
≥370
≥240
≥22
≥150
Q2351Cr13
≥370
≥240
≥22
≥150
20g1Cr18Ni9Ti（0Cr18Ni9Ti）
－
－
－
－
20g0Cr18Ni12Mo2Ti
（1Cr18Ni12Mo2Ti）
≥410
≥250
≥25
≥150
20g0Cr13
≥410
≥250
≥25
≥150
12CrMo0Cr13
≥410
≥270
≥20
≥150
Q2351Cr18Ni9
≥410
－
≥20
≥150
Q2350Cr18Ni12Mo2Ti
6,8,10,
12,14,
15,16,
18,20,
22,24,
25,28,30
1400～
1800
4000～
8000
不低于基层钢的力学性能
≥150
Q2351Cr18Ni12Mo2Ti
20g1Cr18Ni9Ti
16Mn1Cr18Ni9Ti
16Mn1Cr18Ni12Mo2Ti
16Mn0Cr13
表2不锈复合冷轧薄钢板的厚度允许偏差
公称厚度/mm
复层厚度允许偏差/mm
复合钢板厚度允许偏差/mm
A级精度
B级精度
0.8～1.0
不大于复层公称
尺寸的±10%
±0.07
±0.08
1.2
±0.08
±0.10
1.5
±0.10
±0.12
2.0
±0.12
±0.14
2.5
±0.13
±0.16
3.0
±0.15
±0.17
注：
不锈复合薄钢板冷轧后进行热处理、酸洗或类似的处理加工，最后获得适当等级
的表面粗糙度。
表3不锈复合钢板总厚度及其允许偏差
复合钢板总厚度/mm
4～10
11～15
16～25
26～30
31～60
总厚度允许偏差
±9%
±8%
±7%
±6%
±5%
不锈复合钢板表面的质量特征如下。
Ⅰ级表面钢板两面允许有深度不大于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于允许最小厚度的一般的轻微麻点、轻微划伤和辊印。
Ⅱ级表面钢板表面允许有深度不大于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于允许最小厚度的下列缺陷。
正面：
一般的轻微麻点、轻微划伤、凹坑和辊印。
反面：
一般的轻微麻点、局部的深麻点、轻微划伤、压痕或凹坑。
钢板两面超出上述范围的缺陷允许用砂轮清除，清除深度正面不得大于钢板复层厚度之半，反面不得大于钢板公差。
不锈复合钢冷轧薄钢板的力学性能应符合基层材料相应标准的规定，当基层材料选用深冲拉延钢时，力学性能应符合表4的规定。
在弯曲部分的外侧允许产生裂纹，复合界面不允许分层。
表4不锈复合钢冷轧薄钢板的力学性能
基层
钢号
拉伸性能
冷弯性能
抗拉强度
δb/MPa
屈服强度
δs/MPa
伸长率δ10/%
弯曲角度
（d=2α）
内弯、外弯试验结果
复层为奥氏体不锈钢
复层为铁素体不锈钢
08Al
345～490
350
28
18
180º
不得有分层、裂纹、折断
10Al
365～510
360
27
17
180º
不得有分层、裂纹、折断
注：
复层为0Cr13钢时，力学性能按复层为铁素体不锈钢的规定。
基层为其他钢号时，冷轧复合薄钢板的力学性能按基层牌号相应标准的规定执行。
α为复合钢板总厚度。
不锈复合钢板标准中没有弯曲试验规定时，可不做弯曲试验；如需求方要求做时，弯曲直径d=4α。
对称型复合钢板任做一个弯曲试验、非对称型复合钢板进行冷弯试验时，复层厚度大的面在外侧。
1.3复合钢板的接头设计
复合钢板焊接接头设计必须考虑便于分别对基层、复层及过渡层焊接施工和避免或减少焊接第一焊道时被稀释的问题。
图1为不锈钢复合钢板、铜及铜合金复合钢板对接接头的常用坡口形式。
钛及钛合金或铝及铝合金复层冶金相容性差。
因此在接头设计上应尽量避免或减少基层金属熔入复层金属。
所以在接头构造上与不锈钢复合钢板有较大区别。
图2为钛及钛合金或铝及铝合金复合钢板对接接头的常用坡口形式。
对接接头尽可能采用X形坡口双面焊。
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。
当焊接位置受限，必须单面焊时，可采用单面V形坡口。
2.钛－钢复合板的焊接
采用钛－钢复合板可以大大扩展钛的应用范围和降低结构件的造价，许多国家已经掌握这种复合板的生产技术。
我国已经采用爆炸成形以及爆炸－轧制技术来生产制造这种复合板并取得良好效果。
2.1钛－钢复合板的分类及性能
目前，生产钛－钢复合板最适宜的方法是爆炸成形。
也有同时采用两种工艺来生产钛－钢复合板的：
先爆炸成形，然后再进行轧制。
在真空条件下轧制钛－钢复合板比最初采用的真空钎焊工艺更便宜。
钛－钢复合板和钛－不锈钢复合板用于制造在腐蚀环境中承受一定压力、温度的塔、罐、槽等工程结构。
钛－钢复合板的分类见表5。
钛－钢复合板的力学和工艺性能见表6。
钛－不锈钢复合板的分类见表7。
钛－不锈钢复合板的力学和工艺性能见表8。
表5钛－钢复合板的分类
种类
代号
爆炸钛－钢复合板
0类
1类
2类
B0
B1
B2
0类：
用于过渡接头、法兰等高结合强度且不允许不结合区存在的复合板
1类：
将钛材作为强度设计或特殊用途的复合板，如管板等
2类：
将钛材作为耐蚀设计，而不考虑强度的复合板，如筒体等
爆炸－轧制钛－钢复合板
1类
2类
BR1
BE2
注：
爆炸钛－钢复合板以“爆”字汉语拼音第一个字母B表示，爆炸－轧制钛－钢复合板以BR表示。
表6钛－钢复合板的力学和工艺性能
拉伸试验
剪切强度τb/MPa
弯曲试验
抗拉强度
τb/MPa
伸长率δ/％
0类复合板
其他类复合板
弯曲角α/（°）
弯曲直径d/mm
>σB
大于基层或复合材料标准中较低一方的规定值
≥196
≥138
内弯180°，外弯由复合材料标准规定
内弯时按基层标准，不够2倍时取2倍，外弯时为复合板厚度的3倍
注：
复合钢板抗拉强度σB按式（7-1）计算。
表7钛－不锈钢复合板的分类
种类
代号
用途分类
爆炸钛－不锈钢复合板
0类
B0
用于过渡接头、法兰等高结合强度且不允许不结合区存在的某些特殊用途
1类
B1
钛材参与强度设计的复合板，或复合板需进行严格加工的结构件，如管板等
2类
B2
将钛材作为耐蚀设计，不参与强度设计的复合板，如筒体等
注：
爆炸钛－钢复合板以“爆”字汉语拼音第一个字母B表示。
表8钛－不锈钢复合板的力学和工艺性能
拉伸试验
剪切试验
分离试验
弯曲试验
抗拉强度
τb/MPa
伸长率δ/％
剪切强度
τb/MPa
分离强度
σt/MPa
弯曲角α/（°）
弯曲直径d/mm
>σB
大于基层或复合材料标准中较低一方的规定值
0类≥197
≥274
内弯180°，外弯由复合材料标准规定
内弯时按基层标准，不够2倍时取2倍，外弯时为复合板厚度的3倍
1类≥138
－
2类≥138
－
注：
复合钢板抗拉强度σB按式（7-1）计算。
2.2钛－钢复合板焊接工艺特点
钛－钢复合板的复层（钛）厚度一般为1.5～3.0mm，基层厚度为8～20mm。
钛复层和钢基层之间如果不加入中间金属层，经加热后会产生脆性层，使钛－钢复合板的层间结合强度降低。
因此，可在钛与钢之间加入V、N
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