Q345R+S31603不銹鋼復合板焊接工藝

摘 要：不銹鋼復合板因其優異的耐腐蝕性及經濟性，在海洋工程中使用的比重不斷加大。但不銹鋼復合板其基層金屬和覆層金屬的材料性質各異，差別巨大，在進行焊接作業時有頗多困難。為得到較高質量的焊縫，文章從化學元素、焊材選擇、坡口設計、焊接順序、焊接工藝參數和預熱及層溫6個關鍵因素進行分析研究，制定出Q345R+S31603不銹鋼金屬復合板焊接工藝，并對現場施工過程中需要控制的重點方面作出了明確要求。

關鍵詞：焊接工藝與設備；復合板；不銹鋼；工藝

1 復合板簡述

金屬復合板是指在不降低使用效果（防腐性能、機械強度等）的前提下，在一層金屬板上覆以另外一種金屬板，兩種板材間使用爆炸焊接的方式形成金屬間的鍵合，是一種固相結合。相比使用碳鋼板材，不銹鋼復合板耐腐蝕性能優于碳鋼板材，可延長設備在海洋環境中的服役年限；相比純不銹鋼板材，使用復合板可大大降低成本費用。選用復合板作為主材實現了設計可靠性、安全性及節約資源、降低成本的目的。

Q345R+S31603不銹鋼金屬復合板，基層使用Q345R板材（GB713-2008），覆層使用S31603不銹鋼板材（GB24511-2009），由復層保證耐蝕性能，基層保證強度要求。見圖1。

2 制定焊接工藝

Q345R+S31603不銹鋼金屬復合板焊接，如果使用的焊接工藝不合理，容易導致焊縫缺陷、降低焊縫的力學性能和抗腐蝕性能，為此作者對6個關鍵因素分別進行了闡述，制定出了較為優化合理的工藝。

2.1 化學元素分析

根據GB713-2008《鍋爐和壓力容器用鋼板》和GB24511-2009《承壓設備用不銹鋼鋼板及鋼帶》規定，Q345R和S31603的化學成分差別較大，除常見的基本原素C、Si、Mn、P、S外，022 Cr17 Ni12 Mo2（S31603）還含有一定比例的Ni和Cr元素，其中Cr是決定不銹鋼屬性的元素，促使其內部的矛盾運動向有利于抵抗腐蝕破壞的方面發展。Ni是鋼中形成奧氏體的元素，加入Ni元素后，不銹鋼的耐腐蝕性能及工藝性能得到了改善。

2.2 焊材選則

不銹鋼復合板基層相焊，使用焊材應保證焊縫金屬的力學性能高于或等于母材規定的限值；覆層鋼材選用焊接材料應保證焊縫金屬的耐腐蝕性能，當有力學性能要求時，還應保證力學性能。覆層焊縫與基層焊縫以及覆層金屬與基層鋼材的交界處宜采用過渡焊縫。

厚度為16mm的Q345R鋼板的屈服強度大于345MPa ，抗拉強度為510-640MPa之間，零度V型沖擊功大于34J。使用J507和H10Mn2+SJ101焊材可以從力學性能方面滿足基層金屬要求，A042作為過渡焊縫焊材，Ni和 Cr含量比A022中高出一定比例，從而避免了Q345R和S31603直接相焊時的化學成分稀釋，A022作為覆層金屬的焊材，保證了焊縫的耐腐蝕性。

2.3 坡口設計

不銹鋼復合板鋼制壓力容器坡口應有利于減少過渡焊縫金屬的稀釋率，且要考慮到現場實際操作的可行性。文章推薦見圖2所示的坡口，這種類型坡口有三個優點：（1）坡口在基層金屬的終止面預留1.5mm的臺階，可以有效的保證過渡焊縫的熔深；（2）可以將覆層金屬和基層金屬隔離，避免在焊接基層時粘連覆層；（3）起到警示作用，提醒焊接操作人員，此處到了基層和覆層的過渡段，應使用過渡焊縫焊條，并在焊接時要保證熔深足夠。

2.4 焊接順序

（1）基層焊接，用E5015焊條打底并填充一道，使用H10Mn2+SJ101的焊材進行埋弧焊，焊接到基層金屬終止處；（2）過渡層焊接，使用E309MoL-16焊材進行過渡層焊接，過渡層焊接要同時熔合基層焊縫、基層母材和覆層母材，且應蓋滿基層焊縫和基層母材；（3）覆層焊接，使用E316L-16焊條填充蓋面。需保證過渡層焊縫余高達到0.5～1.5mm，過渡層熔深達到1.5～2.5mm。

2.5 焊接工藝參數

焊接工藝參數是焊接工藝評定中的次要因素，只作為一個范圍指導，具體要視現場作業環境及人員等情況適時進行調整，表1是一個推薦的參數表。

2.6 預熱及層溫

當基層或覆層需要預熱時，應以復合鋼的總厚度作為確定預熱溫度的厚度參數。當基層或覆層需要預熱時，施焊過渡層也必須預熱。碳鋼、低合金鋼的最高預熱溫度和道間溫度不宜大于300℃，奧氏體不銹鋼最高道間溫度不宜大于150℃。Q345R+S31603不銹鋼復合板，可焊性良好，焊前不需預熱，基層金屬焊接時保持層間或道間溫度不大于200℃，焊接過渡層和覆層時，保證層間和道間溫度不大于100℃。

3 坡口加工及焊前清理

Q345R+S31603不銹鋼復合板的坡口加工宜采用冷加工方法，坡口表面及附近（以離坡口邊緣的距離計，焊條電弧焊每側約10mm，埋弧焊、等離子弧焊、氣體保護焊每側約20mm）應將水、銹、油污、積渣和其他有害雜質清理干凈。不銹鋼坡口兩側100mm范圍應涂上防飛濺液，防止粘附焊接飛濺。

3.1 組對尺寸控制

組對后檢驗坡口的鈍邊、角度是否符合圖2要求；并檢查錯邊量及棱邊度是否滿足標準要求，根據GB150.4-2011要求，棱角度E≤（δs/10+2）mm，δs表示壁厚，對口錯邊量不得大于1.5mm（GB150.4要求錯變量不大于覆層金屬的50%，且不大于2mm）。

3.2 無損探傷

為保證焊縫整體質量，采用三步探傷來檢驗焊縫所能到達的級別：第一步，基層金屬焊接完成后100%RT，達到相應要求的探傷級別后進行過渡層焊接；第二步，過渡層金屬焊接完成后100%PT，達到相應要求的的探傷級別后進行覆層焊接；第三步，覆層焊接金屬完成后100%PT，達到相應要求的探傷級別后結束。

3.3 焊后酸洗

覆層金屬焊接完成后還應對焊縫進行酸洗鈍化，通過酸洗鈍化，使鐵與鐵的氧化物比鉻與鉻的氧化物優先溶解，去掉了貧鉻層，造成鉻在不銹鋼表面富集，這種富鉻鈍化層在不銹鋼表面形成一層極薄的鈍化膜（約1nm），這層膜使腐蝕介質隔離，是不銹鋼防護的基本屏障。

4 結束語

采用基層、過渡層及覆層分別焊接的方法，并配以合理的坡口型式、焊材、焊接順序、工藝參數、溫度控制以及嚴格的過程控制，制定出了較為優化的Q345R+S31603不銹鋼金屬復合板焊接工藝，對于工程現場的技術人員和管理人員工作有一定的實際指導意義。

作者簡介：孫紅明（1986-），男，學士，中級職稱。