不锈钢复合钢板焊接工艺论文.docx

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不锈钢复合钢板焊接工艺论文

Q235B+SUS316L不锈钢复合钢板焊接工艺

摘要:

由于不锈钢复合钢板具有良好的耐腐蚀性，既保证了产品的性能，又节约了不锈钢材料，因此被广泛应用于工程实际中。

本文介绍了在某厂焊接Q235B+SUS316L不锈钢复合钢板所采用的焊接工艺。

在不锈钢复合钢板设备的制作下料、坡口制备、组对装配、现场焊接等焊接工艺要求的关键过程中，提出合理的工艺措施和焊接工艺要点，从而达到控制现场不锈钢复合钢板焊接质量的目的。

关键词：

Q235B+SUS316L不锈钢复合钢板焊接工艺和评定。

Abstract:

Duetothecompositestainlesssteelplatehasgoodcorrosionresistance,notonlyensuretheproductperformance,andsavethestainlesssteelmaterial,becausethisiswidelyusedinengineeringpractice.ThispaperintroducesafactoryinweldingQ235B+SUS316Lcompositestainlesssteelplatetheweldingprocess.Incompositestainlesssteelplateequipmentproductionnextmakings,groovepreparation,group,thesiteweldingassemblyweldingtechnologyrequirementsofthekeyprocess,thispaperputsforwardreasonableprocessmeasuresandweldingprocesspoints,soastoachievethecompositestainlesssteelplatecontrolthepurposeofweldingquality.

Keywords:

Q235B+SUS316Lcompositestainlesssteelplateweldingprocessandevaluated.

Q235B+SUS316L不锈钢复合钢板焊接工艺

不锈钢复合钢板是一种新型复合工程材料,可作为纯不锈钢管和电镀Cr碳钢管的更新换代产品,广泛应用于石油、化工、医药、建筑等领域。

不锈钢复合钢板是一种由基层和复层复合而成的双层金属钢板，其基层主要满足结构强度和刚度要求，复层满足耐蚀、耐磨等特殊性能要求。

在复合钢板的设备制造中，基层材料分为碳素钢、普通低合金钢、耐热低合金钢类型，如Q235B、20R、16MnR、l5CrMoR等；复层材质分为奥氏体不锈钢、铁素体-马氏体不锈钢类型，如0Crl8Ni9、316L、0Crl3Al、304等；厚度范围基层一般为8~24mm，复层为2~6mm。

不锈钢复合钢板既可以取代某些环境下的纯不锈钢结构，又能达到防腐和降低造价的目的。

但由于复合钢板是爆炸焊成形的，基层与复层的分子之间结合既不同于基层的性能又不同于复层的性能，所以，这种机械结合显然不能同原子之间的结合相比,因而用它来制造压力容器，在制造上必然与单纯的基层或复层的制造不同。

某厂制造的一台压力容器设备使用的复合钢板材料复层为SUS316L厚度为6mm，基层为Q235B，厚度为18mm。

由于是首次使用该钢材，在查阅了大量的相关资料的基础上，并通过焊接工艺评定试验，制订出了合理的焊接工艺。

1  不锈钢复合钢板的焊接特点

不锈钢复合钢板的基层主要满足结构强度和刚度的要求，复层满足耐蚀、耐磨等特殊性能的要求。

由于基层与复层是由两种化学成分、力学性能差别很大的金属复合而成，焊接时应对基层和复层分别进行焊接。

而过渡层的焊接属于异种钢的焊接，其焊接性能要兼顾基层和复层两种钢材的性能。

如果焊材或焊接工艺参数选择不当，往往在基层焊接时可能熔化不锈钢复层使合金元素渗入，而导致基层组织严重脆化，塑性和韧性下降，甚至产生裂纹。

在复层焊接时，可能会造成焊缝严重稀释，降低其塑性及抗晶间腐蚀性能。

根据舍夫勒组织图和焊接实践经验：

过渡层的焊材必须采用高铬、高镍不锈钢焊材，才能在正常焊接参数下得到双相组织的焊缝,避免大量马氏体组织的产生，防止产生焊接冷裂纹。

同时要严格控制焊接热输入，使碳钢或低合金钢基层一侧的熔深较浅，以减少焊缝金属的稀释和基层合金化。

总之，为防止出现上述两种不良后果，基层和复层的焊缝金属不能相互影响，在基层和复层材料之间必须采用过渡层的方法。

不锈钢复合板的焊接分三部分进行，基层的焊接、复层的焊接及过渡层的焊接。

基层的焊接和复层的焊接属于同种材料的焊接，工艺比较成熟；过渡层的焊接则是异种材料的焊接，是确保不锈钢复合板焊接质量的关键,也是复合板焊接难度较大的区域。

2   焊接工艺

2.1   焊接材料的选择

为提高生产效率，基层采用埋弧自动焊，考虑到复层与过渡层焊接厚度薄，手工电弧焊操作灵活、对母材稀释率小，故复层与过渡层均采用手工电弧焊焊接。

基层焊材可按强度选用，保证焊缝强度不低于母材；复层焊材按不锈钢选用，焊缝耐蚀性不低于母材，过渡层焊接一般选用铬镍当量高的奥氏体填充材料，以减少基层对过渡层焊缝的稀释作用。

为提高过渡焊缝的抗裂能力，最好使交界处焊缝具有一定的铁素体组织。

综上所述,结合异种钢焊接经验，基层Q235B钢板埋弧焊的焊丝为H08A，焊剂为HJ431,焊条为J422，基层施焊时不用预热，焊后也不进行焊后热处理。

复层的焊条选用A022焊条，过渡层选用A042焊条，复层选用的焊接材料应保证熔敷金属的主要合金元素含量不低于复层母材标准规定的下限值，对于有防晶间腐蚀要求的，还应有一定含量的Nb和Ti等稳定化元素或是超低碳焊材。

本设备复层SUS316L之间采用手工焊,选用与之化学成分相近的A022。

过渡层的焊接选用25％Cr~13％Ni型焊条，以保证能补充基层对复层造成的稀释,为同时更好地保证焊接接头的防晶间腐蚀的要求，选用低碳的A042焊条。

表2.1-1常用不锈钢复合板过渡层及复层焊接材料的选用

复层材质

过渡层焊接

复层焊接

焊条牌号

焊条型号

焊条牌号

焊条型号

焊丝钢号

00Cr17Ni14Mo2

A042

E309MoL-16

A022

E316L-16

H0Cr19Ni12Mo2

表2.1-2常用不锈钢复合板基层焊接材料的选用

Q235A

Q235B

焊条

焊丝钢号

焊剂

焊丝钢号

焊丝钢号

型号

牌号

型号

牌号

E4303

E4315

J422

J427

H08A

H08MnA

HJ401-H08A

HJ401-H08MnA

HJ431

H08Mn2SiA

H08Mn2SiA

2.2   焊前准备

2.2.1   不锈钢复合钢板及其配套使用材料必须具有出厂质量证明书，材料入厂后进行检查和验收，压力容器材料必须进行复验，确认所购材料符合规定标准要求后方可投入生产。

2.2.2   焊材的烘干

焊前将J422、A042及A022焊条进行150℃×1h的烘干，放入保温桶中随用随取，HJ431焊剂使用前进行250℃×2h的烘干。

2.3   复合钢板划线下料

复合钢板划线下料时禁止用针及铁器划伤复层（SUS316L）表面，不得用油漆、墨汁涂写，为防止复合钢板下料时遭到破坏，应采用等离子切割机，切割时复层应向上。

2.4   坡口

坡口型式及尺寸见图1。

2.5   装配焊接

2.5.1  焊前装配应以复层（SUS316L）为基准面，焊缝错边允许量为≤2mm,组对间隙0~2.5mm，在装配过程中禁止在复层（SUS316L）表面引弧和焊接工具夹，如果确实需要，只允许在基层一侧，夹具材料应选用Q235B，用J422焊条焊接，去除辅助板时应防止损伤基层金属，并将焊接处打磨光滑。

由于不锈钢复合钢板具有良好的耐腐蚀性，既保证了产品的性能，又节约了不锈钢材料，因此被广泛应用于工程实际中。

本文介绍了在某厂焊接Q235B+SUS316L不锈钢复合钢板所采用的焊接工艺。

在不锈钢复合钢板设备的制作下料、坡口制备、组对装配、现场焊接等焊接工艺要求的关键过程中，提出合理的工艺措施和焊接工艺要点，从而达到控制现场不锈钢复合钢板焊接质量的目的。

2.5.2   定位焊

复合板的定位焊焊缝长度为10~15mm，间距100~150mm，只允许在基层（Q235B）一侧用J422焊条进行，点焊时要注意防止虚焊或存在根部未焊透，绝对禁止在复层（SUS316L）上点固，严防错用焊条。

2.6   焊前清理

对基层侧的坡口及两侧各30mm范围内用砂轮机仔细清理干净直至露出金属光泽，在复层一侧施焊时，对复层表面及坡口侧150mm范围内涂一层防飞溅涂液，已经粘上的飞溅颗粒,必须仔细清除干净。

2.7   焊接工艺

2.7.1  首先在复层一侧的基层处用J422（Φ4.0mm）焊条进行焊接，电流170~190A，焊速120~150mm/min，注意其焊道不得触及和熔化复层，复层侧的基层焊接完毕后，彻底清除过渡层熔渣及其表面附着层，并用砂轮机修磨平整，不允许有凹槽及凸起，打磨干净后用A042（Φ4.0mm）焊接过渡层，焊接过渡层时一定要将坡口内的基层金属全部覆盖上，不能有裸露的基层金属直接与复合层相焊，焊接电流160~180A，电压22~24V，采用直焊道不摆动快速焊接法，过渡层厚度为a[1~1.5mm]（基层）+b[0.5~0.8mm]（复层），焊缝形状保持平滑，防止焊缝中间凸起,否则应用砂轮机打磨平整、干净后焊接复层，复层焊接采用A022焊条（Φ4.0mm）焊接，电流160~180A，电压22~25V，焊接速度140~160mm/min，复层（SUS316L）焊接完毕后磨平焊缝余高，但不得低于母材（丁字接头处过渡层及复层预留，具体要求见2.7.2丁字接头焊接要求）。

内部焊接完毕后用碳弧气刨在外部的基层一侧进行清根，要把未焊透及焊接缺陷（如气孔、夹杂等）刨掉，要求气刨后的刨槽宽度、深度一致，气刨后用磨光机把刨槽内外的渗碳、渗铜、氧化层等磨掉，用钢丝刷将刨槽仔细清理干净,并采用埋弧焊进行盖面，焊丝牌号为H08A（Φ4.0mm）焊剂牌号为HJ431，电流为720~760A，电压为32~36V，焊接速度为24~26m/h。

注意：

（1）焊前若发现不锈钢复合钢板有分层现象，不允许进行焊接。

如果在焊接坡口边缘有分层，会导致钢板复层和基层之间焊合不良。

此时必须将不锈复合钢板全部进行无损检测，如判断其分层范围很小，可以彻底铲除分层进行焊补（即堆焊），修复后才能进行正式焊接。

（2）复层表面划伤深度在0.2~0.5mm时必须进行修复，＞0.5mm时需进行修补，每焊完一道焊缝，特别是复层和过渡层，必须按要求进行检验，发现超标缺陷，必须进行返修。

（3）焊接时应注意引弧和熄弧的质量，收弧应将弧坑填满，以免产生弧坑裂纹，多层焊时的层间接头应错开。

（4）对复层、基层和过渡层所用的三种焊接材料分别做出明显标记，严格区分，防止混淆。

绝对禁止用焊接基层的焊接材料焊接过渡层或焊接复层；同样也要防止焊接复层的焊接材料用错在焊接基层或过渡层的焊缝上。

（5）过渡层采用焊条电弧焊，在保证焊透的情况下，为了减少合金元素的稀释，希望熔合比小一些，尽可能采用小的焊接电流、快速焊、焊条不允许做横向摆动的焊接，复层被熔化的宽度和深度尽量保持均匀一致。

（6）焊接时应注意引弧和熄弧的质量，收弧时应将弧坑填满，以免产生弧坑裂纹，多层焊时的层间接头应错开。

2.7.2   丁字接头焊接

丁字接头焊接时的焊接顺序为：

焊接a时将a焊缝箭头处30~50mm处的过渡层及复合层不焊，待b焊缝基层焊接完成以后将整个丁字接头处的过渡层及复层按照2.7中的焊接工艺进行焊接（如图2所示）。

3、焊后热处理

3.1焊后热处理按设计要求执行。

3.2用不锈钢复合板制造的容器、管道或部件，当需要进行焊后热处理时，推荐在焊接过渡层之前进行，并按基层要求热处理加热温度。

常用的不锈钢复合板焊后热处理参数见表4.3.2-1。

表4.3.2-1常用的不锈钢复合板焊后热处理参数

复层材料

基层材料

加热温度（℃）

恒温时间

（h）

加热速度

（℃/h）

冷却速度

（℃/h）

铁素体系

马氏体系

奥氏体系

Q235A

Q235B

580~620

T/25,且不小于1/4

400℃以上时，加热速度不得超过5000/T℃/h，且不得超过200℃/h，不低于50℃/h

不得超过6500/T℃/h，且不得超过260℃/h，不低于50℃/h，400℃以下自然冷却

注：

T为不锈钢复合板总厚度（mm）。

4   检验

不锈钢复合板构件的焊接质量检验项目一般包括外观检验、无损探伤、力学性能试验、压力试验、晶间腐蚀倾向试验以及金相检验等，每个产品的检验项目应按产品设计图样和技术条件的规定执行。

4.1外观检验

（1）焊缝成形良好，尺寸应符合设计要求。

（2）焊缝及热影响区表面不得有气孔、夹渣、裂纹、弧坑等缺陷。

（3）当产品设计图样及技术条件无明确规定时，基层侧焊缝的咬边深度不得大于0.5mm，咬边长度不得大于该焊缝全长的10%，且不得大于100mm。

复层一侧不得有咬边缺陷。

4.2基层、过渡层及复层全部焊接完毕后进行射线探伤，检测比例为各条焊接接头长度的20%，以JB4730.2-2005《承压设备无损检测》中的Ⅲ级为合格。

过渡层、复层焊接接头应进行100%着色探伤检查，焊接接头表面不得有明显的裂纹、夹渣、气泡等表面缺陷。

4.3设备全部完成并经检验合格后，全部不锈钢内表面焊缝应进行酸洗钝化处理。

5   焊缝的返修

当检测出内部不允许的缺陷时应进行返修，因复合钢板的焊接缺陷的深度不易确定，因而返修时分两种情况进行：

5.1 返修时从基层打磨有两种可能

5.1.2   缺陷仅存在于基层，去除缺陷后用J422焊条进行补焊后修磨即可。

5.1.3   缺陷处在过渡层或复层，此时应在磨至一定基层深度后早做判断并尽早停止，用J422焊条修复后再从复层一侧寻找缺陷。

待磨到缺陷时将缺陷彻底清除，然后全部用过渡层焊条（A042）采用小电流、小参数进行补焊，注意道间温度不宜过高，然后修磨。

5.2 返修时从复层侧打磨，也存在两种情况

5.2.1   缺陷处于较深的基层，这时应先用J422焊条适当填充，注意过渡层所处的位置和熔深，在焊接接近0.5~1.5mm时进行打磨，彻底清除溅落在过渡层及复层金属表面的飞溅，着色检查坡口两侧的复层是否因焊接受热出现脱层现象，如有脱层应将局部脱层剥离后用A042焊条堆焊至与复层面齐平，修磨坡口后用着色重新检查，合格后用A042焊条过渡焊接，面层用A022焊条修复。

5.2.2   缺陷位于过渡层或复层，直接用A022焊条进行补焊，焊后修磨。

      返修后的焊缝应重新按照JB4730.2-2005《承压设备无损检测》的要求进行射线检测，Ⅲ级合格。

6   结束语

按照文中所述焊接工艺制造的Q235B+SUS316L不锈钢复合钢板设备各项性能指标满足要求，设备投用后运行状态良好，证明所述工艺具有一定的先进性和实用性。

参考文献

[1]《焊接手册》第二卷焊接材料。

[2]国内复合钢板产品焊接中存在的问题分析。

[3]不锈复合钢板的焊接工艺探讨。