不銹復合鋼板的焊接工藝評定試驗及應用

摘 要：隨著不銹鋼復合鋼板爆炸焊接，軋制技術的不斷發展，不銹復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。在不銹復合鋼板壓力器的制造過程中，如真空刮膜轉鼓蒸發器等板材，復層均采用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，基層焊接接頭對保證整體復合板的強度、剛度要求是沒有問題的，據有關資料介紹：不銹復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。對此，文章實施了一系列的焊接工藝評定試驗，目的是制定出最佳工藝方案，以提高復合板焊接接頭的塑性，同時，保證接頭的抗腐蝕性能和其他性能。文章并對換影響焊接頭性能的工藝因素進行分析并提出合適的措施應用于生產。

關鍵詞:坡口；焊接順序；焊接接頭；熔口比；線能量

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0086-02

1 技術要求

本試驗執行《壓力容器安全技術監察規程》、《鋼制壓力容器》、《不銹復合鋼板焊制壓力容器技術條件》等相關標準和技術條件。要求本試驗對各種因素的影響有高度的敏感性、良好的再現性和試驗生產的方便性。

2 試驗材料

試驗用的板材為爆炸焊接制作的不銹復合鋼板，試驗所用焊接材料為：

全部手工電弧焊：J427，A307，A137。

手工電弧焊+埋弧焊+埋弧自動焊：J427，A307，A137，H08MnA，HJ431。

3 試驗過程

首先用復層3 mm、基層厚度14 mm的試板分不同焊接方法、不同坡口共六組實驗。

第一組、第二組都屬于手工電弧焊、焊接參數基本相同、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和復層側。坡口形式和焊接順序分別由圖1和圖2所示。

焊后，焊接接頭經彎曲試驗，結果均未合格。起裂時的彎曲角，第一組為120°，第二組為100°。據此，可得初步結論一：坡口開在基層側和試件，焊接接頭的彎曲性能優于坡口開在復層側的接頭。

第三組采用手工電弧焊+埋弧自動焊焊接序號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，彎曲試驗時，焊接接頭的起裂角為85°。由此得出結論二：手工電弧焊+埋弧自動焊、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結果圖4的起裂角為150°，圖5的起裂角為180°。與第一、第二級相比，塑性均有提高。

第六組試驗采用手工電弧焊+埋弧焊，其坡口示意見圖6。

焊接后，其接頭塑性試驗的起裂角為130°。

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

4 焊接工藝評定試驗結果分析

4.1 坡 口

將V型坡口開在基層一側，施焊由基層開始是比較理想的選擇，這樣做的優點之一：復層焊縫可減少重復加熱，盡可能地避免對前道焊縫產生的“中溫敏化”效應和基層側焊縫熱影響區對復層焊縫的影響。對接頭的抗腐蝕性能是有利的。其優點之二：避免了V型坡口開在復層規側，降低了復層側的熔合比，限制了過渡M—體塑性帶的寬度，有利于焊接接頭塑性提高。

對復層側先將復層刨掉一部分，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稱狀。對于埋弧焊是靠其線能量的增大，基層熔化的金屬多形成對稱的。這樣的對稱，對焊接應力的分布有利，特別值得一提的是，基層側板焊縫截面適當大一些，這樣可對兩種金屬焊接時產生的應力差作以彌補，對提高接頭的塑性更為有利。這一點可由第六組工藝試驗的結果明顯優于其他未證明。否則，由于18-8鋼線膨脹系數大大地超過碳素鋼，在焊接加熱，冷卻過程中，兩種不同金屬的伸長，收縮不同，造成較大的應力差，容易起層。所以，筆者認為：只有當基層側的受熱量一定在時，可將兩種金屬的應力分布狀態趨于相近。

另外，在類似于U型的坡口中焊接過渡層時，可視為平位堆焊，只要線能量適當地小，焊條不擺動，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—體的機會，淬硬自會減少，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，對焊接頭的綜合性影響因素之一是焊接線能量。在工藝試驗中曾提到埋弧焊，由于其線能量大，焊接接頭的塑性明顯下降，嚴重時，還會由于復層和基層金屬懸殊的線膨脹系數之差，在接合部位起層。這就相當于有了裂紋源，這樣的接頭，彎曲試驗試驗結果是不會合格的。同時，線能量大，會使奧氏體粗化，易于造成偏析。總之，焊接線能量不可過大，基層采用自動埋弧焊時，線能量也要予以控制。且坡口的鈍邊要足夠大。

5 結 論

通過以上試驗可以得出以下結論：不銹復合鋼板的焊接，盡量采用實際雙側坡口型式，基層側先焊，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，組對嚴格，限制錯邊量；手工焊，埋弧焊均適于不銹復合鋼板的焊接；為提高接頭塑性，盡量選用堿性焊材。

參考文獻：

[1] 中國機械工程學會鍛壓學會.焊接手冊[M].北京:機械工業出版社，1992.

[2] JB47O8-2000，鋼制壓力容器焊接工藝評定標準[S].

[3] 傅拯.關于不銹復合鋼板復層彎曲不合格的分析[J].壓力容器，1987，(4).