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复合钢板的焊接

编辑:天津金桥焊材集团有限公司   时间:2013/04/03   字号:
摘要:复合钢板的焊接
复合钢板是由不锈钢、镍基合金、铜基合金或钛板为复层,珠光体钢为基层,以爆炸焊、复合轧制、堆焊等方法制成的双金属板材。复合钢板的基层应满足接头强度和刚度的要求,复层应满足耐蚀等要求。
为了保证复合钢板不失去原有的综合性能,对基层和复层必须分别进行焊接,其焊接性、焊材选择、焊接工艺等由基层、复层材料决定。
基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接,其焊接性主要取决于基层和复层的物理性能、化学成分、接头形式、填充金属成分。凡是异种钢焊接存在的问题在复合钢板焊接时同样存在,为此本节只阐述复合钢板焊接时应注意的一些问题。目前应用较多的是奥氏体不锈钢为复层、珠光体为基层的复合钢板,其次是铁素体钢为复层、珠光体为基层的复合钢板。
1.焊接方法
根据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接方法,通常有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、CO2气体保护焊及等离子弧焊等。目前常用钨极氩弧焊或焊条电弧焊焊接复层,用埋弧焊或焊条电弧焊焊接基层。
2.坡口形式
对接接头坡口形式见JB/T4709《钢制压力容器焊接规程》图A1。可采用V形、X形、V和U联合形坡口。也可以在接头背面一小段距离内进行机械加工,去掉复层金属,以确保焊基层焊道时不使基层焊肉焊到复层上。一般尽可能采用X形坡口双面焊,先焊基层,再焊过渡层,最后焊复层。以保证焊接接头具有较好的耐腐蚀性。同时考虑过渡层的焊接特点,尽量减少复层一侧的焊接工作量。
角接接头坡口形式见JB/T4709《钢制压力容器焊接规程》中图A2。无论复层位于内侧或外侧,均先焊接基层。复层位于内侧时,在焊复层以前应从内侧对基层焊根进行清根。复层位于外侧时,应对基层最后焊道进行修磨光。焊复层时,先焊过渡层,再焊复层。
当复层金属的熔化温度高于基层钢的熔化温度,而且两种金属在冶金上不相容时,复层金属必须采用衬垫以保持复层的完整性。在基层焊完后,用角焊缝将衬垫与复层焊接起来。
3.填充金属选择
基层采用适宜的填充金属进行焊接,使接头具有预期使用所需要的力学性能。在大多数情况下,选用合适的中间填充金属作为钢的过渡层,从而控制复层金属最终焊道的含铁量,避免复层和基层处焊道产生脆化、裂纹等,保证复层焊道的耐蚀、耐磨等特殊性能。
4.焊接顺序及焊材选用
①通常先焊基层,第一道基层(碳钢、低合金钢)焊缝不应熔透到复层金属,以防焊缝金属发生脆化或产生裂纹。措施是采用合适的接头设计,限制钢焊缝金属熔透;从接头背面去除复层,这当然也增加了焊复层的工作量,提高了焊接成本。
②焊(堆焊)复层一侧时,必须考虑稀释的影响。无论哪一种堆焊方法,第一层堆焊的焊缝金属都是由堆焊材料的熔敷金属和熔入的母材金属熔合而成的。由于母材的合金元素含量很低,所以它对第一层焊缝金属的合金成分具有稀释作用。因此,可能使焊缝金属中奥氏体和铁素体形成元素含量不足,结果堆焊金属可能出现大量的马氏体组织,并可能产生裂纹,同时导致堆焊层韧性降低。
下面以手工电焊条为例说明。手工电焊条的熔合比一般是20%左右。如用308型焊条(Cr18%、Ni8%)型的电焊条,经母材稀释以后,堆焊的焊缝金属成分将变成15-7型,这样焊缝中可能是奥氏体+马氏体组织。若在实际操作中熔合比控制较大时,就有可能在焊缝中产生大量的脆硬马氏体,这样的堆焊层无论力学性能、耐蚀性能,还是抗裂性能都很差。由于稀释作用,焊缝中的Ni含量较低,在熔合线附近产生较宽的马氏体过渡层。同样的堆焊方法,若选用309型的堆焊材料,经母材稀释后,堆焊的焊缝金属成分是19-9或18-8型,这样第一层就基本达到堆焊成分的要求,而且焊缝组织是奥氏体+铁素体组织,这样焊缝金属就具有较高的抗热裂性能和抗腐蚀性能。
所以在焊接复合板的复层时,应选择合适的填充金属先堆焊一层或多层过渡层,然后再焊复层。过渡层的填充金属必须能容许基层钢的稀释。以压力容器常见的16MnR+304复合板为例,焊接复层时通常采用309型焊材先堆焊一层,然后用308型焊材焊盖面层。
③根部可用碳弧气刨、铲削或磨削法进行清根。在堆焊过渡层前,必须清除清根坡口中的任何残余物。
④要焊后热处理以消除焊接残余应力,选择热处理温度时应考虑:基层和复层的热处理规范的差异;对复层耐蚀性的影响;基层和复层界面的元素扩散是否会产生脆性相,导致钢板性能恶化;由于基层和复层的物理性能差异,热处理冷却过程产生残余应力,沿厚度方向在复层上形成拉伸应力,导致复层产生应力腐蚀开裂等。
消除应力热处理可在焊完基层后进行,然后焊过渡层,再焊复层。热处理温度取下限,延长保温时间。
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