不銹鋼復(fù)合板的制作方法及焊接方法綜述

不銹鋼復(fù)合板的制作方法有兩種：一、熱軋法生產(chǎn)不銹鋼復(fù)合鋼板：以碳鋼基板和不銹鋼板處于物理純凈狀態(tài)，在高度真空條件下進(jìn)行軋制而成。在軋制過程中兩種金屬擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。當(dāng)然為了提高復(fù)合界面的潤(rùn)濕效果，提高結(jié)合強(qiáng)度，在界面的物理化學(xué)處理方面還要采取一系列技術(shù)措施。二、爆炸法生產(chǎn)復(fù)合鋼板：將不銹鋼板重疊置于碳鋼基板上，不銹鋼板和碳鋼基板之間用墊子間隔出一定的距離。不銹鋼板上面平鋪炸藥，炸藥爆炸的能量，使不銹鋼板高速撞擊碳鋼基板，產(chǎn)生高溫高壓使兩種材料的界面實(shí)現(xiàn)固相焊接。焊接工藝作者：陸漢惠（江門甘蔗化工廠（集團(tuán)）股份有限公司，廣東江門529075）關(guān)鍵詞：不銹鋼復(fù)合鋼板；焊接性；焊接工藝；工藝評(píng)定中圖分類號(hào)：TG444.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B不銹鋼復(fù)合鋼板壓力容器是近年來(lái)石油、化工行業(yè)中應(yīng)用較廣的設(shè)備，既有不銹鋼較強(qiáng)的耐腐蝕性，又有普通鋼的經(jīng)濟(jì)性。但其制造及焊接工藝較復(fù)雜，特別是對(duì)過渡層及復(fù)層的焊接質(zhì)量要求很高。1999年4月，我公司承接了某化工廠10臺(tái)常壓塔的生產(chǎn)任務(wù)，其主體材質(zhì)是24mm＋3mm的16MnR＋316L。對(duì)其工藝進(jìn)行探討，通過查閱許多有關(guān)資料及試驗(yàn)，確定了不銹鋼復(fù)合鋼板容器的制造及焊接工藝。1焊接性分析16MnR＋316L不銹鋼復(fù)合鋼板的復(fù)層為316L，屬奧氏體不銹鋼，基層為16MnR，屬碳錳低合金鋼，其焊接工藝較簡(jiǎn)單。而16MnR＋316L的焊接工藝難點(diǎn)是16MnR和316L過渡層和316L不銹鋼的焊接。316L不銹鋼焊接時(shí)，易發(fā)生HAZ敏化區(qū)晶間腐蝕，對(duì)于316L，發(fā)生敏化區(qū)間井非在平衡加熱時(shí)的450—85O℃，而是有一個(gè)過熱度，可達(dá)600－1000℃。因?yàn)楹附舆^程是一個(gè)快速加熱和冷卻的過程，而鉻碳化合物沉淀是一個(gè)擴(kuò)散過程，為足夠擴(kuò)散需要一定的“過熱度”，其焊接工藝應(yīng)采用快速過程。以減少處于敏化區(qū)加熱的時(shí)間。所以焊接過渡層應(yīng)用小熱輸入、反極性、直線運(yùn)條和多層多道焊。316L的導(dǎo)熱系數(shù)?。€膨脹系數(shù)大，熱量不易散失，很容易形成所需尺寸的熔地，而旦在自由狀態(tài)下，易產(chǎn)生較大的焊接變形。因此，在焊接復(fù)層316L時(shí)，應(yīng)采用小電流、快速焊、窄焊道的多層多道焊接，要控制道間溫度在6O℃以下。2制造工藝2.1下料劃線禁止在復(fù)層表面上切割線內(nèi)用針劃線打樣沖眼，不得用墨汁、油漆涂寫，盡量避免鐵器碰傷劃傷表面。2.2切割試樣材料厚度為24mm＋3mm，采用切割機(jī)進(jìn)行切割時(shí)復(fù)層朝下，從基層側(cè)開始切割并嚴(yán)禁熔渣濺到復(fù)層表面。切割前留有加工余量，切割后用刨邊機(jī)把切割的熱影響區(qū)刨掉。坡口也采用刨邊機(jī)進(jìn)行加工，加工后的坡口要進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，不得有裂紋和分層，否則要進(jìn)行修補(bǔ)。2.3拼接拼接前坡口兩側(cè)各2Omm內(nèi)外表面要用不銹鋼絲刷清理，復(fù)層距坡口100mm范圍內(nèi)要涂防飛濺材料。拼接時(shí)應(yīng)以復(fù)層為標(biāo)準(zhǔn)，保證對(duì)口錯(cuò)邊量≤1mm，間隙l～2mm。3焊接工藝3.1焊材及焊接方法基層外面一層采用埋弧焊，其他層采用焊條電弧焊焊接。根據(jù)不同的焊接位置，選用不同的焊接材料。焊接16MnR時(shí)選用Φ3.2mm，Φ4.0mm的E5O15，過渡層的焊接選用Φ3.2mm的CHS042，復(fù)層焊接選用Φ3.2mm的CHS022焊條，埋弧焊選用Φ4.Omm的H1OMnSi焊絲。3.2坡口形式及尺寸見圖1，焊接工藝參數(shù)見表1。焊接要點(diǎn):（l）焊基層第1層時(shí)須特別注意不得將低合金金屬沉積到復(fù)層上。（2）基層或過渡層焊后經(jīng)射線探傷合格后才能開始過渡層或復(fù)層的焊接。（3）焊復(fù)層前必須清除坡口邊緣復(fù)層坡口上的飛濺物。（4）過渡層的熔敷金屬必須完全蓋滿鋼層b＝1.5－2.5mm，并蓋過不銹鋼與碳鋼交界面a＝O.5—1.5mm，見圖2。（5）過渡層第1遍焊接要采用小參數(shù)、反極性、直道多道焊，以降低對(duì)復(fù)層的稀釋。（6）復(fù)層焊接過程中為保證焊接質(zhì)量要用小直徑焊條進(jìn)行多道焊，對(duì)焊層的堆焊高度要控制到最小，不超過1－8mm。（7）復(fù)層焊接時(shí)，必須徹底清除過渡層熔渣及其它表面附著物，道間溫度控制在6O℃以下，并用10倍放大鏡檢查無(wú)表面缺陷時(shí)，方可焊接下一層。（8）焊時(shí)應(yīng)注意引弧和熄弧的質(zhì)量，收弧應(yīng)將弧坑填滿，多層焊時(shí)的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開。4表面處理及檢驗(yàn)復(fù)層表面劃傷深度在0.2-0.5mm時(shí)必須修磨，>0.5mm時(shí)須補(bǔ)焊。每焊完一道焊縫，特別是復(fù)層和過渡層，必須按要求進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，必須進(jìn)行返修。5工藝評(píng)定及產(chǎn)品焊接按上述工藝制作了焊接工藝評(píng)定試板，試板尺寸為600mm×300mm×（24mm+3mm）。焊縫經(jīng)過外觀及X射線探傷檢查，全部合格，其彎曲、沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能均達(dá)到要求。按上述確定的工藝參數(shù)焊接常壓塔，經(jīng)過無(wú)損檢測(cè)，一次合格率為98.93％，焊接質(zhì)量良好。6結(jié)語(yǔ)通過焊接工藝評(píng)定及產(chǎn)品焊接，證實(shí)16MnR＋316L不銹鋼復(fù)合鋼板制造、焊接工藝合理，可在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。先焊不銹鋼再焊碳鋼容易出裂紋吧，我們都是先焊碳鋼，然后用309LMo焊過渡層，然后焊316，效果不錯(cuò)的不銹鋼復(fù)合板的焊接工藝規(guī)程1、目的為了規(guī)范不銹鋼復(fù)合板標(biāo)準(zhǔn)化的焊接，成為復(fù)合板焊接行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，更科學(xué)、正確的完成焊接工作2、使用范圍本工藝適用于以各種不銹鋼為復(fù)材、低碳鋼或低合金鋼為基材總厚度大于或等于4mm的不銹鋼復(fù)合板的焊接。3、定義保證不銹鋼復(fù)合板接頭具有滿足要求的機(jī)械性能，還要保證接頭仍具有復(fù)層鋼板的綜合性能，防止焊縫金屬的耐腐蝕性、抗裂性的降低，對(duì)焊接人員在其全部操作過程中必須遵守的事項(xiàng)。4、職責(zé)本規(guī)程由復(fù)合板生產(chǎn)主管制定，對(duì)在焊接制作不銹鋼復(fù)合板制品的相關(guān)單位具有協(xié)調(diào)、指導(dǎo)作用。5、管理內(nèi)容5.1、焊接材料的選擇5.1.1焊接材料選用原則5.1.1復(fù)層材料的選用應(yīng)保證熔敷金屬的合金元素的含量不低于復(fù)層材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值。5.1.2過渡層的焊條宜選擇25%Cr-13%Ni型或25%Cr-20%Ni型以補(bǔ)充基層對(duì)復(fù)層的稀釋，對(duì)復(fù)層含鉬的不銹鋼復(fù)合板，應(yīng)采用25%-13%Ni-Mo型焊條。5.1.2常用不銹鋼復(fù)合板焊接材料可按表5.1.2-1、5.1.2-2選取。表5.1.2-1常用不銹鋼復(fù)合板過渡層及復(fù)層焊接材料的選用復(fù)層材質(zhì) 過渡層焊接 復(fù)層焊接 焊條牌號(hào) 焊條型號(hào) 焊條牌號(hào) 焊條型號(hào) 焊絲鋼號(hào)0Cr18Ni9 A302A307A062A402A407 E309-16E309-15E309L-16E310-16E310-15 A102A107 E308-16E308-15 H0Cr21Ni1000Cr19Ni10 A062 E309L-16 A002 E308L-16 H00Cr21Ni100Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti A302A307A062A402A407 E309-16E309-15E309L-16E310-16E310-15 A132A137 E347-16E347-15 H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10Nb00Cr17Ni14Mo2 A042 E309MoL-16 A022 E316L-16 H0Cr19Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2 A312A042 E309Mo-16E309MoL-16 A022 E316-16 H00Cr19Ni12Mo20Cr13 A302A307A402A407 E309-16E309-15E310-16E310-15 A302A102 E309-16E308-16 H0Cr14表5.1.2-2常用不銹鋼復(fù)合板基層焊接材料的選用基層材質(zhì) 手弧焊 埋弧焊 氬弧焊 CO2保護(hù)焊 焊條 焊絲鋼號(hào) 焊劑 焊絲鋼號(hào) 焊絲鋼號(hào) 型號(hào) 牌號(hào) 型號(hào) 牌號(hào) Q235A、Q235B、20g、20R E4303E4315 J422J427 H08AH08MnA HJ401-H08AHJ401-H08MnA HJ431 H08Mn2SiA H08Mn2SiA16Mn E5015 J507 H08MnAH10Mn2H10MnSi HJ401-H08MnAHJ401-H10Mn2HJ401-H10MnSi HJ431 H08Mn2SiA H08Mn2SiA16MnR E5015E5015-G J507J507R 5.2、焊前準(zhǔn)備5.2.1下料不銹鋼復(fù)合鋼板的切割以及坡口加工盡量采用機(jī)械加工方法，切割面應(yīng)光滑，采用剪床切割時(shí)，復(fù)層應(yīng)朝上。也可以采用等離子切割，切割時(shí)復(fù)層朝上，嚴(yán)禁將切割的熔渣落在復(fù)層上。5.2.2坡口加工及檢查a.坡口形式和尺寸按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)規(guī)定，如設(shè)計(jì)未明確規(guī)定的，可參照?qǐng)D3.2-1選用。b.坡口選用原則：確保焊接質(zhì)量填充金屬少，熔合比小，便于操作。c.坡口加工一般采用機(jī)械方法制成。若采用等離子切割、氣割等方法開制坡口，則必須去除復(fù)材表面的氧化層d.加工完的坡口要進(jìn)行外觀檢查，不得有裂紋和分層，否則應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)。5.2.3焊前清理坡口及其兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)應(yīng)用機(jī)械方法及有機(jī)溶劑進(jìn)行表面清理，清除表面的油污、銹跡、金屬屑、氧化膜及其他污物，復(fù)層距離坡口100mm范圍內(nèi)應(yīng)涂防飛濺涂料。5.2.4焊件裝配a裝配應(yīng)以復(fù)層為基準(zhǔn)，其錯(cuò)邊量不得大于復(fù)層厚度的二分之一，且不大于2mm，對(duì)于復(fù)層厚度不同時(shí)，按較小的復(fù)層厚度取錯(cuò)邊量b定位焊應(yīng)焊在基層母材上，且采用與焊接基層金屬相同的焊接材料。手弧焊定位焊焊縫參照表3.5-1表5.2.4-1手弧焊定位焊焊縫尺寸（mm）焊件厚度 焊縫厚度 焊縫長(zhǎng)度 間距≤20 ≤0.7δ0 ＞30 不大于500＞20 不小于8 ＞50 δ0為基層厚度c在裝配過程中，嚴(yán)禁在復(fù)層上焊接工卡具，工卡具應(yīng)焊在基層一側(cè)。d復(fù)層一側(cè)附件的焊接要符合設(shè)計(jì)圖紙要求，當(dāng)設(shè)計(jì)要求復(fù)層測(cè)附件焊在基層金屬上時(shí)，應(yīng)先將復(fù)層部分剝開，采用過渡層焊條將不銹鋼托架焊在基層殼體上，焊縫表面采用與焊復(fù)層相同的焊條進(jìn)行焊接。5.3、焊接當(dāng)產(chǎn)品技術(shù)條件要求焊接工藝評(píng)定時(shí)，須在開工前由施工單位根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及技術(shù)要求制定焊接工藝評(píng)定，并取得質(zhì)量監(jiān)督部門的認(rèn)可。5.3.1焊接方法基層的焊接推薦采用手工電弧焊、埋弧焊、及二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊。復(fù)層和過度層的焊接，采用鎢極氬弧焊和手工電弧焊，也可采用能確保焊接質(zhì)量的其他焊接方法。5.3.2焊接程序焊接宜先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層（如圖5.3.2-1所示）。當(dāng)條件受到限制時(shí)，也可先焊復(fù)層，再焊過渡層和基層，在這種情況下，如果復(fù)合板厚度小于10mm，基層的焊接可直接選用與過渡層相同的焊接材料，如果復(fù)合板厚度大于10mm，這時(shí)可適當(dāng)加大過渡層的焊接厚度（過渡層的焊接厚度應(yīng)大于或等于5mm），最后碳鋼或低合金焊接基層。1234圖5.3.2-1不銹鋼復(fù)合板單面焊接的焊接順序示意圖123456圖5.3.2-2不銹鋼復(fù)合板雙面焊接的焊接順序示意圖a.基層的焊接焊接基層焊道不得觸及和熔化復(fù)材，先焊基材時(shí)，其焊道根部或表面，應(yīng)距復(fù)合界面1-2mm。焊縫余高應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。視基材厚度、鋼種以及結(jié)構(gòu)等因素，必要時(shí)可采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱處理。b.過渡層的焊接焊接過渡層時(shí)，要在保證熔合良好的前提下盡量減少基材金屬的熔入量降低熔合比。為此應(yīng)采用較小直徑的焊條或焊絲以及較小的焊接線能量。過渡層的厚度應(yīng)不小于2mm。c.復(fù)層的焊接在焊接復(fù)層時(shí)，要注意保護(hù)復(fù)層的表面，防止焊接飛濺物損傷復(fù)層表面，不得在復(fù)層表面隨意引弧、焊接卡蘭、吊環(huán)以及臨時(shí)支架等。復(fù)層焊縫表面應(yīng)盡可能與復(fù)層表面保持平整、光順。對(duì)接焊縫余高不大于1.5mm5.4、焊后熱處理5.4.1焊后熱處理按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。5.4.2用不銹鋼復(fù)合板制造的容器、管道或部件，當(dāng)需要進(jìn)行焊后熱處理時(shí)，推薦在焊接過渡層之前進(jìn)行，并按基層要求熱處理加熱溫度。常用的不銹鋼復(fù)合板焊后熱處理參數(shù)見表5.4.2-1。表5.4.2-1常用的不銹鋼復(fù)合板焊后熱處理參數(shù)復(fù)層材料 基層材料 加熱溫度（℃） 恒溫時(shí)間（h） 加熱速度（℃/h） 冷卻速度（℃/h）鐵素體系馬氏體系奧氏體系 Q235A、Q235B20g、20R、16Mn、16MnR 580~620 T/25,且不小于1/4 400℃以上時(shí)，加熱速度不得超過5000/T℃/h，且不得超過200℃/h，不低于50℃/h 不得超過6500/T℃/h，且不得超過260℃/h，不低于50℃/h，400℃以下自然冷卻 12CrMo 600~680 注：T為不銹鋼復(fù)合板總厚度（mm）。5.4.3有耐腐蝕要求的不銹鋼復(fù)合板焊制的容器管道，其復(fù)層焊縫表面要進(jìn)行酸洗鈍化處理。5.5、焊接質(zhì)量檢驗(yàn)不銹鋼復(fù)合板構(gòu)件的焊接質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目一般包括外觀檢驗(yàn)、無(wú)損探傷、力學(xué)性能試驗(yàn)、壓力試驗(yàn)、晶間腐蝕傾向試驗(yàn)以及金相檢驗(yàn)等，每個(gè)產(chǎn)品的檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)按產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣和技術(shù)條件的規(guī)定執(zhí)行。5.5.1外觀檢驗(yàn)a.焊縫成形良好，尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。b.焊縫及熱影響區(qū)表面不得有氣孔、夾渣、裂紋、弧坑等缺陷。c.當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣及技術(shù)條件無(wú)明確規(guī)定時(shí)，基層側(cè)焊縫的咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊長(zhǎng)度不得大于該焊縫全長(zhǎng)的10%，且不得大于100mm。復(fù)層一側(cè)不得有咬邊缺陷。5.5.2當(dāng)產(chǎn)品技術(shù)條件要求進(jìn)行焊接工藝評(píng)定，或要求提供產(chǎn)品焊接試板的性能以及技術(shù)條件規(guī)定時(shí)，還要進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)、焊縫的無(wú)損探傷、金相檢驗(yàn)等。5.6、返修當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊接接頭有不允許存在的缺陷時(shí)，應(yīng)將缺陷清除干凈，并按GB/T8165返修工藝要求進(jìn)行返修。（一）鋼板拼接3.1焊前準(zhǔn)備3.1.1不銹鋼復(fù)合鋼板及其配套使用材料必須具有出廠質(zhì)量證明書，材料入廠后進(jìn)行檢查和驗(yàn)收，壓力容器材料必須進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，確認(rèn)所購(gòu)材料符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求并對(duì)板材進(jìn)行100%超聲波探傷，合格后方可投入生產(chǎn)。3.1.2復(fù)合鋼板下料3.1.2.1下料劃線禁止在復(fù)層(316L)表面上用針及鐵器劃傷表面，不得用油漆、墨汁涂寫，為防止復(fù)合鋼板下料時(shí)遭到破壞，應(yīng)采用等離子切割機(jī)，切割時(shí)復(fù)層應(yīng)向上。3.1.3坡口坡口采用單面坡口，在基層開50°的V型坡口，鈍邊為6mm，間隙0~2mm。將坡口組對(duì)起來(lái)，再在復(fù)合層點(diǎn)焊后加護(hù)板。在對(duì)坡口進(jìn)行氣刨后將V型坡口的下部刨成U型坡口。見圖。坡口圖3.1.4裝配焊接3.1.4.1、焊前裝配應(yīng)以復(fù)層(316L)為基準(zhǔn)面，焊縫錯(cuò)邊允許量為≤2mm，組對(duì)間隙0~2mm，在基層和復(fù)合層上加護(hù)板，要求碳鋼不得直接和復(fù)合層接觸，去除輔助板時(shí)應(yīng)防止損傷基層金屬，并將焊接處打磨光滑。3.1.4.2．定位焊復(fù)合板的定位焊焊縫長(zhǎng)度為10~15mm，間距100~150mm，點(diǎn)焊時(shí)要注意防止虛焊或存在根部未焊透。3.1.4.3焊前清理對(duì)覆層側(cè)的坡口及兩側(cè)20~30mm范圍內(nèi)用不銹鋼鋼絲刷進(jìn)行仔細(xì)清理，除去油污等雜物。在覆層一側(cè)施焊時(shí)，對(duì)覆層表面及坡口側(cè)150mm范圍內(nèi)涂上一層防飛濺涂料（用白堊粉調(diào)成糊狀刷在焊道兩側(cè)），已經(jīng)粘上的飛濺顆粒，必須仔細(xì)清除。3.1.4.4焊接工藝首先在基層一側(cè)用J422焊條進(jìn)行封底焊兩遍，接著采用手工焊（或埋弧焊）進(jìn)行填充，手工焊蓋面。注意填充應(yīng)采用對(duì)稱分?jǐn)嗤撕?，并采用防變形措施。焊接完畢后?duì)焊縫進(jìn)行氣刨清根處理，放置24小時(shí)后進(jìn)行100%探傷。合格后采用手工焊，焊條A042，Φ4.0對(duì)過渡層進(jìn)行焊接，焊接完畢后進(jìn)行100%著色探傷。合格后采用手工焊，焊條A02