不锈钢复合钢板焊接技术

GuangzhouChemicalIndustry

Vol郾47No郾3Feb郾2019

化工机械不锈钢复合钢板焊接技术

马摇永

(江苏华强新能源科技有限公司,江苏摇扬中摇212200)

摘摇要:不锈钢复合钢板是一种由基层碳钢板和复层不锈钢板复合而成的双层金属板材。文章以Q345R+304L(奥氏体不锈

钢复合钢板)为例,对不锈钢复合钢板的焊接特点进行了理论分析,重点对不锈钢复合钢板焊接工艺设计进行了介绍,对焊接材料的选择、焊接接头坡口的设计、焊接方法和焊接参数选定、过渡层焊接要点以及焊接中应注意的事项进行了详细的阐述。并通过焊接工艺评定机械性能试验以验证焊接设计的结果。

关键词:不锈钢复合钢板;焊接坡口;焊接工艺;过渡层摇

中图分类号:TG457郾11摇摇

摇文献标志码:A

文章编号:1001-9677(2019)03-0109-03

WeldingProcedureTechnologyofStainlessSteelCladPlate

MAYong

(JiangsuHQANewEnergyTechnologyCo郾,Ltd郾,JiangsuYangzhong212200,China)

Abstract:Thestainlesssteelcladsteelplateisakindofdouble-layermetalplatecomposedofcarbonsteelplateandstainlesssteelplate郾TakingQ345R+304L(austeniticstainlesssteelcladsteelplate)asanexample,theweldingcharacteristicofstainlesssteelcladplatewasanalyzed,theweldingprocessdesignofstainlesssteelcladplatewasmainlyintroduced,andweldingmaterialselection,weldingjointsgroovedesign,selectionofweldingmethodsandparameters,keypointsoftransitionlayerwelding,andtheproblemsofstainlesssteelcladplateweldedshouldbenoticedweredescribedindetail郾Andthemechanicalperformancetestwascarriedoutbyweldingprocesstoverifytheresultofweldingdesign郾

Keywords:stainlesssteelcladplate;weldinggroove;weldingprocess;transitionlayer

随着我国复合钢板制造技术的进步,不锈钢复合钢板的制造工艺逐渐成熟,制造质量逐步提高,现如今已广泛在冶金、水利、石油化工、核工业和食品工业等领域中使用。根据不锈钢复合钢板的性能,其结构强度主要靠基层获得,复层与工作介质相接触,保证了材料的耐腐蚀性能,这样既保证了产品结构强度,又保证了耐腐蚀性。但不锈钢复合钢板制产品的制造及焊接工艺较复杂,特别是对过渡层的焊接质量要求很高,该部分的焊接质量直接影响整个焊缝的焊接质量[1-2]。

表1),给复合钢板的焊接带来如下困难:(1)复层焊缝化学成分易受基层稀释;(2)易在基层和复层交界处产生碳迁移引起的高硬度的增碳层和低硬度的脱碳层;(3)熔合区易产生淬硬脆化组织[3]。

表1摇Q345R与304L化学成分

Table1摇Q345Rand304Lchemicalcomposition

Q345R0郾161郾480郾0090郾0080郾020郾010郾36

C

材料MnSiPS

304L1郾270郾37

(%)

1摇不锈钢复合板的焊接特点

0郾021

不锈钢复合钢板是由两层不同性质的钢板经特殊制造工艺复合而成,在焊接时有其特殊性:

(1)要使基层满足焊接结构强度要求,又要使与工作介质接触的复层满足耐腐蚀性能要求。

(2)对于基层要避免铬、镍等合金含量增高,因铬、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。

(3)对于复层要避免基层的碳向其迁移,稀释复层焊缝的化学成分,以致减少奥氏体成分,大大降低复层的耐腐蚀性能。

0郾0290郾00118郾138郾05

CrNi

1郾2摇材质物理特性对焊接质量的影响

奥氏体不锈钢复合钢板复层和基层在物理性能(表2)上具有较大差别。一般情况下,奥氏体不锈钢的导热率约为碳

1郾1摇材质化学成分对焊接质量的影响

摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇摇

不锈钢复合钢板基层和复层的化学成分相差悬殊(见

作者简介:马永(1984-),男,工程师,主要从事工程技术工作。

摇110广摇州摇化摇工2019年2月

钢的1/3,线膨胀系数确比碳钢大得多,随着温度的升高,膨胀的差值也相应地增加[4]。因此在焊接过程中,因两种金属的线膨胀系数差别较大,彼此间的冷却收缩不一致,便会引起较大的焊接应力,严重时会导致产生焊接裂纹[5]。若焊接接头受到周期性热循环,会产生交变热应力,使其因疲劳而过早破坏。

焊缝坡口形式,应根据复合钢板的焊接特点以及焊缝填充金属填充量,既要保证基层的焊接强度要求,还应保证复层原有的耐腐蚀性能。常用不锈钢复合钢板对接焊接接头的坡口形式见图1,坡口几何尺寸见表3。

表3摇坡口的几何尺寸

Table表2摇2摇Q345RQ345R密度and与比热304L304LC/physical的物理性能

热导率properties

姿/线膨胀系数琢

材料熔点t/益籽cm/(g·-1(J·g-1·(W·cm-1

-1·(20Q345R(10~-6100·益益-1)/304L

14301398

7郾)K-10郾0郾502

49

)K7郾8593

0郾)0郾4614

11郾)

16郾530

1郾3摇(1)不锈钢复合钢板焊接工艺采用原则

渗入复层而引起焊缝缺陷(2)不能用碳钢或低合金钢焊材往高合金材料上焊焊过渡层时应该采用较小的线能量,以防止基层金属;

宜采用小电流(3)焊复层焊缝时、多道焊,。

。

为减小热影响区,降低合金稀释率,2摇焊接工艺设计

2郾1摇焊接材料选择

基于奥氏体不锈钢复合钢板焊接特性,其焊缝由基层、过渡层以及复层组成,因此要正确、合理的选用焊接材料来完成其焊接2郾1郾1摇,以保证焊缝质量。

基层的焊接基层和复层焊接材料的选择

、复层的焊接是同种金属之间的焊接,焊接材料的选取较容易,而且焊接工艺已相对成熟,只需根据其各自材料的焊接特性分别选取相匹配的焊接材料即可2郾1郾2摇。过渡层焊缝是防止复层焊缝母材稀释过渡层焊接材料的选择

,确保复层焊缝化学成分达到复层母材要求的一个重要区域。对于不锈钢复合板焊接而言,这是确保接头质量的一个重要方面。施焊过渡层的目的主要是为了补偿由于稀释所引起的合金元素(如铬、镍等)降低,使复层焊缝的合金成分保持应有的水平。因此焊过渡层选用的焊接材料的铬、镍含量应较高。过渡层焊接材料的选择原则是保证稀释后的焊缝成分能保持奥氏体与铁素体的双相组织,而单相奥氏体焊缝组织则易产生热裂纹[6]2郾2摇焊缝坡口设计

。

图Fig郾1摇1摇不锈钢复合钢板对接焊缝常用的坡口型式Stainlesscommonlysteelcladusedplattypebuttgroove

weldcompound

Table3摇Groovegeometricdimensions

图号材料厚坡口内总不锈钢不锈钢所占度/mm面积/mm2

面积/mm2比例/%1(a)1(b)40+3936郾142郾1(c)40+31045

1(d)

40+3848郾518郾13郾1161

618郾351郾61(e)40+3865郾11郾32郾91(f)

40+340+3

605郾7161

21郾2107郾17

017郾7图1(d)所示坡口形式仅能单面施焊,焊接第一层时容易将基层母材熔入复层焊缝,稀释复层焊缝的合金成分,降低奥氏体组织,以致影响焊接接头的抗腐蚀性;另一方面,复层焊接接头重复受热,其易产生晶间腐蚀。图1(a~c)可根据情况予以选择。

在条件允许的情况下,应优先选择图1(e、f)两种坡口形式。其特点是:(1)坡口内表面积较小,减少填充金属的添加量,而且焊接过程对复层的热影响较小,不影响复层的抗腐蚀性能。(2)这样的坡口形式,对焊工的技能水平要求相对较低。

我公司根据实际情况,采用的是图1(c)的坡口。该坡口优点是:一方面坡口内面积小,减少焊接工作量,另一方面坡口加工相对容易。缺点是:一是碳弧气刨清根后在复层坡口边缘会留有飞溅,如不对复层破口彻底打磨干净,会使其受到铁离子污染;二是对过渡层的焊接要求较严格,过渡层焊缝必须覆盖到基层和复层。因此在基层焊接完毕后,在复层侧用碳弧气刨清根,待打磨彻底,且露出母材原来的金属光泽后,对基层焊缝进行100%100%UT检测;2郾100%PT3摇RT检测焊接方法和焊接参数的选定

检测;。

最后施焊复层待全部合格后施焊过渡层,焊接完毕,对整条焊,并对其缝进行焊接方法和焊接参数的选定要根据实际生产能力确定,既要做到保证质量,又要做到提高效率。工艺参数见表4。

基层易采用埋弧自动焊和手工电弧焊组合焊接,即对基层先用手工电弧焊进行打底焊,然后再用埋弧自动焊进行填充焊;过渡层和复层易采用手工电弧焊。焊接顺序见图2。

图Fig郾2摇Q345R+304L2摇Q345R+304L不锈钢复合钢板焊接接头焊接顺序jointweldingstainlesssequence

steelcladplatwelding

第47卷第3期马永:不锈钢复合钢板焊接技术

表4摇Q345R+304L不锈钢复合钢板焊接工艺参数

Table4摇Q345R+304Lstainlesssteelcladplatweldingprocessparameters

摇111

层位基层过渡层复层

焊接方法SMAWSMAWSMAWSAW

焊接极性反极反极正极正极

焊材型号H08MnAE5015

焊材规格/mm

准4郾0准4郾0准4郾0准4郾0

焊接电流/A130~160550~600110~130110~130

焊接电压/V20~2232~3420~2220~22

焊接速度/

(mm/s)8~102~32~32~3

E309MoL-16E308L-16

2郾4摇过渡层的焊接要点

对比焊接工艺评定试板和母材复验试板机性能试验结果,过渡层的焊接是保证不锈钢复合钢板复层焊缝能够满足其抗腐蚀性能的关键。因此施焊过渡层的目的主要是为了补偿由于稀释所引起的合金元素(如铬、镍等)降低,使复层焊缝的合金成分保持应有的水平。焊接工作者作了大量的研究,认为主要应从以下几个方面来解决受到基层稀释(1)选择铬镍含量高的铬镍不锈钢焊条:

,也可避免在熔敷金属中产生马氏体组织,这样即使过渡层电流(2),为减少基层对过渡层的稀释,应尽量采用较小的焊接。

(3)较大的焊接速度。

能和抗裂纹性能(4)采用焊缝稀释率较小的焊接方法由于奥氏体加铁素体的双相组织具有优良的抗腐蚀性。

,可根据基层成分、焊缝稀释率,由舍夫勒组织图确定过渡层焊接材料12%的铁素体[7],使焊缝的组织为奥氏体加4%~度应覆盖基层碳钢部分(5)为了保证复合板的性能。

,从而避免复层与基层的相互熔解和稀,对于过渡层覆盖范围以及厚释。过渡层的厚度为范围1郾45~2郾5mm,其中在复层侧的厚度应不大于1郾8mm[8]3摇焊接工艺评定制作及机械性能试验

。

按上述焊接工艺参数制作了焊接工艺评定试板,焊接完毕后,经过外观检查以及UT、PT、RT无损检测;同时制作母材复验试板;焊接工艺评定试板和母材复验试板的机械能试验对比结果见表5。

Table5摇表The5摇testQ345R+304LplateoftestQ345R+304L试板机械性能试验结果

results

mechanicalproperties

试板试验冲击试验名称规格/mm抗拉强度/MPa断裂位置(J)/0益V/180毅d侧弯=2a

母材复验40+3535母材99郾3完好工艺评定

40+3

541

焊缝

84郾5

完好

其焊缝机械性能满足各项指标要求。由此,该焊接工艺经评定试验合格,其焊接参数满足车间生产要求。

4摇结摇论

不锈钢复合钢板焊接的要点主要在于根据其焊接特性,合理选择焊接材料,选择合理且易于加工的坡口形式以及焊接参数,重点控制过渡层的焊接。而控制基层材料的熔合比,减少基层材料对复层材料化学成分的稀释,是过渡层焊接的关键。奥氏体加铁素体的双相组织具有优良的抗腐蚀性能和抗裂纹性能,在不锈钢复合板焊接过程中应使过渡层焊缝尽可能的生成奥氏体加铁素体双相组织。

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