不銹復(fù)合鋼板的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)及應(yīng)用

摘 要：隨著不銹鋼復(fù)合鋼板爆炸焊接，軋制技術(shù)的不斷發(fā)展，不銹復(fù)合鋼板以其較低的成本，良好的綜合性能，日益受到廣泛的重視。在不銹復(fù)合鋼板壓力器的制造過程中，如真空刮膜轉(zhuǎn)鼓蒸發(fā)器等板材，復(fù)層均采用1Cr18Ni9Ti，基層材料分別為20g和Q235-A。由于這些碳素鋼的可焊性良好，基層焊接接頭對(duì)保證整體復(fù)合板的強(qiáng)度、剛度要求是沒有問題的，據(jù)有關(guān)資料介紹：不銹復(fù)合鋼板焊接接頭的彎曲性能是焊接工作者必須重視的方面。對(duì)此，文章實(shí)施了一系列的焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)，目的是制定出最佳工藝方案，以提高復(fù)合板焊接接頭的塑性，同時(shí)，保證接頭的抗腐蝕性能和其他性能。文章并對(duì)換影響焊接頭性能的工藝因素進(jìn)行分析并提出合適的措施應(yīng)用于生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞:坡口；焊接順序；焊接接頭；熔口比；線能量

中圖分類號(hào)：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）17-0086-02

1 技術(shù)要求

本試驗(yàn)執(zhí)行《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、《鋼制壓力容器》、《不銹復(fù)合鋼板焊制壓力容器技術(shù)條件》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)條件。要求本試驗(yàn)對(duì)各種因素的影響有高度的敏感性、良好的再現(xiàn)性和試驗(yàn)生產(chǎn)的方便性。

2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用的板材為爆炸焊接制作的不銹復(fù)合鋼板，試驗(yàn)所用焊接材料為：

全部手工電弧焊：J427，A307，A137。

手工電弧焊+埋弧焊+埋弧自動(dòng)焊：J427，A307，A137，H08MnA，HJ431。

3 試驗(yàn)過程

首先用復(fù)層3 mm、基層厚度14 mm的試板分不同焊接方法、不同坡口共六組實(shí)驗(yàn)。

第一組、第二組都屬于手工電弧焊、焊接參數(shù)基本相同、四焊均有基層開始。不同之處是V型坡口分別開在基層和基層側(cè)和復(fù)層側(cè)。坡口形式和焊接順序分別由圖1和圖2所示。

焊后，焊接接頭經(jīng)彎曲試驗(yàn)，結(jié)果均未合格。起裂時(shí)的彎曲角，第一組為120°，第二組為100°。據(jù)此，可得初步結(jié)論一：坡口開在基層側(cè)和試件，焊接接頭的彎曲性能優(yōu)于坡口開在復(fù)層側(cè)的接頭。

第三組采用手工電弧焊+埋弧自動(dòng)焊焊接序號(hào)2為埋弧焊，其電流660A～690A，電壓39～41V，焊接速度為23m/h。其余層為手工電弧焊，坡口及焊接順序見圖3。

用此種焊接方法制備的試件，彎曲試驗(yàn)時(shí)，焊接接頭的起裂角為85°。由此得出結(jié)論二：手工電弧焊+埋弧自動(dòng)焊、其焊接接頭的塑性劣于全部采用手工焊焊制的接頭的塑性。

第四組、第五組試驗(yàn)完全用手弧焊操作，兩組焊接線能量相近，坡口差別見圖4和圖5。

均由基層開始焊接，焊接接頭的彎曲試驗(yàn)結(jié)果圖4的起裂角為150°，圖5的起裂角為180°。與第一、第二級(jí)相比，塑性均有提高。

第六組試驗(yàn)采用手工電弧焊+埋弧焊，其坡口示意見圖6。

焊接后，其接頭塑性試驗(yàn)的起裂角為130°。

根據(jù)第四、第五、六組的試驗(yàn)結(jié)果，可得出結(jié)論三：手工焊的V型坡口開在基層，而手工焊或手工焊+埋弧焊開在復(fù)層側(cè)，先將復(fù)層刨掉一定寬度，再開成類似U型的坡口，這樣試驗(yàn)后可看出焊接接頭的塑性，可得到明顯的改善。

4 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 坡 口

將V型坡口開在基層一側(cè)，施焊由基層開始是比較理想的選擇，這樣做的優(yōu)點(diǎn)之一：復(fù)層焊縫可減少重復(fù)加熱，盡可能地避免對(duì)前道焊縫產(chǎn)生的“中溫敏化”效應(yīng)和基層側(cè)焊縫熱影響區(qū)對(duì)復(fù)層焊縫的影響。對(duì)接頭的抗腐蝕性能是有利的。其優(yōu)點(diǎn)之二：避免了V型坡口開在復(fù)層規(guī)側(cè)，降低了復(fù)層側(cè)的熔合比，限制了過渡M—體塑性帶的寬度，有利于焊接接頭塑性提高。

對(duì)復(fù)層側(cè)先將復(fù)層刨掉一部分，形成一種類似于U型的坡口。除使熔合比降低外，還可使焊縫的橫截面基本牌對(duì)稱狀。對(duì)于埋弧焊是靠其線能量的增大，基層熔化的金屬多形成對(duì)稱的。這樣的對(duì)稱，對(duì)焊接應(yīng)力的分布有利，特別值得一提的是，基層側(cè)板焊縫截面適當(dāng)大一些，這樣可對(duì)兩種金屬焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力差作以彌補(bǔ)，對(duì)提高接頭的塑性更為有利。這一點(diǎn)可由第六組工藝試驗(yàn)的結(jié)果明顯優(yōu)于其他未證明。否則，由于18-8鋼線膨脹系數(shù)大大地超過碳素鋼，在焊接加熱，冷卻過程中，兩種不同金屬的伸長，收縮不同，造成較大的應(yīng)力差，容易起層。所以，筆者認(rèn)為：只有當(dāng)基層側(cè)的受熱量一定在時(shí)，可將兩種金屬的應(yīng)力分布狀態(tài)趨于相近。

另外，在類似于U型的坡口中焊接過渡層時(shí)，可視為平位堆焊，只要線能量適當(dāng)?shù)匦?，焊條不擺動(dòng)，熔池不攪拌，不使基體金屬上翻，就可將熔合比降最小，減少過渡層生成M—體的機(jī)會(huì)，淬硬自會(huì)減少，這是提高接頭塑性不可忽視的工藝問題。

4.2 焊接線能量

除坡口因素外，對(duì)焊接頭的綜合性影響因素之一是焊接線能量。在工藝試驗(yàn)中曾提到埋弧焊，由于其線能量大，焊接接頭的塑性明顯下降，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)由于復(fù)層和基層金屬懸殊的線膨脹系數(shù)之差，在接合部位起層。這就相當(dāng)于有了裂紋源，這樣的接頭，彎曲試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果是不會(huì)合格的。同時(shí)，線能量大，會(huì)使奧氏體粗化，易于造成偏析?？傊?，焊接線能量不可過大，基層采用自動(dòng)埋弧焊時(shí)，線能量也要予以控制。且坡口的鈍邊要足夠大。

5 結(jié) 論

通過以上試驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：不銹復(fù)合鋼板的焊接，盡量采用實(shí)際雙側(cè)坡口型式，基層側(cè)先焊，焊縫橫截面的幾何重心略偏向基層；采用小線能量；正確選用焊材并控制熔口比；坡口加工精確，組對(duì)嚴(yán)格，限制錯(cuò)邊量；手工焊，埋弧焊均適于不銹復(fù)合鋼板的焊接；為提高接頭塑性，盡量選用堿性焊材。

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