不锈复合钢板的焊接工艺评定试验及应用

摘 要：随着不锈钢复合钢板爆炸焊接，轧制技术的不断发展，不锈复合钢板以其较低的成本，良好的综合性能，日益受到广泛的重视。在不锈复合钢板压力器的制造过程中，如真空刮膜转鼓蒸发器等板材，复层均采用1Cr18Ni9Ti，基层材料分别为20g和Q235-A。由于这些碳素钢的可焊性良好，基层焊接接头对保证整体复合板的强度、刚度要求是没有问题的，据有关资料介绍：不锈复合钢板焊接接头的弯曲性能是焊接工作者必须重视的方面。对此，文章实施了一系列的焊接工艺评定试验，目的是制定出最佳工艺方案，以提高复合板焊接接头的塑性，同时，保证接头的抗腐蚀性能和其他性能。文章并对换影响焊接头性能的工艺因素进行分析并提出合适的措施应用于生产。

关键词:坡口；焊接顺序；焊接接头；熔口比；线能量

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）17-0086-02

1 技术要求

本试验执行《压力容器安全技术监察规程》、《钢制压力容器》、《不锈复合钢板焊制压力容器技术条件》等相关标准和技术条件。要求本试验对各种因素的影响有高度的敏感性、良好的再现性和试验生产的方便性。

2 试验材料

试验用的板材为爆炸焊接制作的不锈复合钢板，试验所用焊接材料为：

全部手工电弧焊：J427，A307，A137。

手工电弧焊+埋弧焊+埋弧自动焊：J427，A307，A137，H08MnA，HJ431。

3 试验过程

首先用复层3 mm、基层厚度14 mm的试板分不同焊接方法、不同坡口共六组实验。

第一组、第二组都属于手工电弧焊、焊接参数基本相同、四焊均有基层开始。不同之处是V型坡口分别开在基层和基层侧和复层侧。坡口形式和焊接顺序分别由图1和图2所示。

焊后，焊接接头经弯曲试验，结果均未合格。起裂时的弯曲角，第一组为120°，第二组为100°。据此，可得初步结论一：坡口开在基层侧和试件，焊接接头的弯曲性能优于坡口开在复层侧的接头。

第三组采用手工电弧焊+埋弧自动焊焊接序号2为埋弧焊，其电流660A～690A，电压39～41V，焊接速度为23m/h。其余层为手工电弧焊，坡口及焊接顺序见图3。

用此种焊接方法制备的试件，弯曲试验时，焊接接头的起裂角为85°。由此得出结论二：手工电弧焊+埋弧自动焊、其焊接接头的塑性劣于全部采用手工焊焊制的接头的塑性。

第四组、第五组试验完全用手弧焊操作，两组焊接线能量相近，坡口差别见图4和图5。

均由基层开始焊接，焊接接头的弯曲试验结果图4的起裂角为150°，图5的起裂角为180°。与第一、第二级相比，塑性均有提高。

第六组试验采用手工电弧焊+埋弧焊，其坡口示意见图6。

焊接后，其接头塑性试验的起裂角为130°。

根据第四、第五、六组的试验结果，可得出结论三：手工焊的V型坡口开在基层，而手工焊或手工焊+埋弧焊开在复层侧，先将复层刨掉一定宽度，再开成类似U型的坡口，这样试验后可看出焊接接头的塑性，可得到明显的改善。

4 焊接工艺评定试验结果分析

4.1 坡 口

将V型坡口开在基层一侧，施焊由基层开始是比较理想的选择，这样做的优点之一：复层焊缝可减少重复加热，尽可能地避免对前道焊缝产生的“中温敏化”效应和基层侧焊缝热影响区对复层焊缝的影响。对接头的抗腐蚀性能是有利的。其优点之二：避免了V型坡口开在复层规侧，降低了复层侧的熔合比，限制了过渡M—体塑性带的宽度，有利于焊接接头塑性提高。

对复层侧先将复层刨掉一部分，形成一种类似于U型的坡口。除使熔合比降低外，还可使焊缝的横截面基本牌对称状。对于埋弧焊是靠其线能量的增大，基层熔化的金属多形成对称的。这样的对称，对焊接应力的分布有利，特别值得一提的是，基层侧板焊缝截面适当大一些，这样可对两种金属焊接时产生的应力差作以弥补，对提高接头的塑性更为有利。这一点可由第六组工艺试验的结果明显优于其他未证明。否则，由于18-8钢线膨胀系数大大地超过碳素钢，在焊接加热，冷却过程中，两种不同金属的伸长，收缩不同，造成较大的应力差，容易起层。所以，笔者认为：只有当基层侧的受热量一定在时，可将两种金属的应力分布状态趋于相近。

另外，在类似于U型的坡口中焊接过渡层时，可视为平位堆焊，只要线能量适当地小，焊条不摆动，熔池不搅拌，不使基体金属上翻，就可将熔合比降最小，减少过渡层生成M—体的机会，淬硬自会减少，这是提高接头塑性不可忽视的工艺问题。

4.2 焊接线能量

除坡口因素外，对焊接头的综合性影响因素之一是焊接线能量。在工艺试验中曾提到埋弧焊，由于其线能量大，焊接接头的塑性明显下降，严重时，还会由于复层和基层金属悬殊的线膨胀系数之差，在接合部位起层。这就相当于有了裂纹源，这样的接头，弯曲试验试验结果是不会合格的。同时，线能量大，会使奥氏体粗化，易于造成偏析。总之，焊接线能量不可过大，基层采用自动埋弧焊时，线能量也要予以控制。且坡口的钝边要足够大。

5 结 论

通过以上试验可以得出以下结论：不锈复合钢板的焊接，尽量采用实际双侧坡口型式，基层侧先焊，焊缝横截面的几何重心略偏向基层；采用小线能量；正确选用焊材并控制熔口比；坡口加工精确，组对严格，限制错边量；手工焊，埋弧焊均适于不锈复合钢板的焊接；为提高接头塑性，尽量选用碱性焊材。

参考文献：

[1] 中国机械工程学会锻压学会.焊接手册[M].北京:机械工业出版社,1992.

[2] JB47O8-2000,钢制压力容器焊接工艺评定标准[S].

[3] 傅拯.关于不锈复合钢板复层弯曲不合格的分析[J].压力容器,1987,(4).