复合板焊接工艺全

1、复合钢的焊接石油、化工、航海和军工生产中广泛使用复合钢制造各类耐腐蚀设备。目前应用较多的 复合钢是由较薄的不锈钢与较厚的低合金钢通过爆炸焊、轧制或堆焊等工艺方法制成的双金 属板材。较厚的珠光体钢部分为基层，基层多半由低碳钢或低合金钢组成，主要满足复合钢 在使用中强度和刚度的要求。不锈钢部分为复层，主要满足复合钢的耐蚀性等要求。随着复 合钢的应用范围不断扩大，其焊接日益引起人们的关注。1. 复合钢的基本性能1.1 复合钢的力学性能 生产中应用较多的复合钢板是以不锈钢、镍基合金、铜基合金或钛合金板为复层，低碳 钢或低合金钢为基层，以爆炸焊、复合轧制、堆焊或钎焊方法制成的双金属板材。还可以采 用电渣

2、焊生产大厚度（100150mm的轧制复合钢。通常复层只占复合钢板总厚度的 5%-50% 一般为10%20%最小实用厚度为1.5mm复合钢可以节约大量的不锈钢或钛等贵重金属， 具有很大的经济价值。碳钢与不锈钢（或镍基合金、钛等）用复合轧制或爆炸焊方法形成的复合钢板，要求具 有一定的拉伸、弯曲等力学性能。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，焊接性、焊接材料选择、焊接工艺等由基层、复层材料决定。 拉伸强度 复合钢中的不锈钢复层的力学性能比基层碳钢优良，抗接强度高于碳钢。 复合钢的拉伸强度（7 b、（7 s ）可用下式求出。（T be 3 c 7 bd 3 d7 b

3、=3c3d式中7 be碳钢的抗拉强度，MP3 e 碳钢的厚度，mn;7 bd不锈钢的抗拉强度， MPa；3 d 不锈钢的厚度，mm在实际设计中，美国在ASM标准中规定：复合钢的整体厚度按基层碳钢的厚度进行设计。 日本有关标准通常也按这种规定进行设计。 弯曲性能 测定复合钢的弯曲性能时，可把不锈钢复层放在外侧，也可把碳钢基层放 在外侧进行弯曲试验。无论采取哪种方法，都必须根据处于外侧材料的弯曲试验规定进行， 目的是为了判断外侧材料的性能。如果把不锈钢放在外侧进行弯曲试验，弯曲半径按与复合钢整体厚度相等的不锈钢厚度 弯曲试验所规定的半径进行弯曲， 弯曲时外侧必须不产生裂纹。 在碳钢为外侧的弯曲试验

4、时， 应按碳钢整体厚度的规定进行试验。判断复合钢的弯曲性能时，把不锈钢放在内侧，当不锈钢的厚度为 4.99.5mm时，半径 R可按复合钢整体厚度的一半（R=3 /2 ）进行弯曲。当不锈钢厚度3 9mm时，弯曲半径R按 等于复合钢整体厚度（R=3 ）进行弯曲。通常规定三个试样中至少一个试样不能在弯曲处的 两端有超过 50%的分离现象。碳钢与不锈钢爆炸焊时，由于工艺参数不当，有时在接合面交界处能产生硬化的合金层,当进行弯曲试验时，这种合金层容易形成裂纹。因此，使用爆炸焊复合钢制造承受弯曲载荷的结构时，必须选用没有硬化合金层的爆炸焊复合钢。1.2不锈复合钢的种类与性能不锈复层钢板是由较厚的珠光体钢（

5、基层）和较薄的不锈钢（复层）复合轧制而成的双金属板。基层多为碳钢或低合金钢，复层多为1CR18Ni9T、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr23Ni28Mo3Cu3Ti等奥氏体不锈钢，主要满足耐蚀性能等要求。不锈钢复层通常是在容器里层，厚度一般只点总厚度的10%- 20%我国生产的不锈钢复合钢板种类和力学性能见表1。目前应用较多的是奥氏体系复合钢板和铁素体系复合钢板。不锈复合钢冷轧薄板和钢带宽度9001200mm长度2000mnt勺允许偏差应符合GB/T 708-1988的规定。成卷交货时钢卷头、尾厚度不正常的长度分别不超过 6000mm不锈复合冷轧薄钢板的厚度允许偏差见表2。不锈复合钢板总厚度及

6、其允许偏差见表3。复合钢（基层复层）规格/mmb/MPas/MPa5/ %Tb/MPa总厚度宽度长度Q235 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti)Q235 1Cr18Ni12Mo2Ti 22(0Cr18Ni12Mo2Ti)370240150Q235 1Cr13370240 2215020g 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti)6,8,10,20g 0Cr18Ni12Mo2Ti12,14,1000 2000 25(1Cr18Ni12Mo2Ti)15,16,41025015020g 0Cr1318 2541025015012CrMo 0Cr13410270 20150Q235 1C

7、r18Ni9410 20150Q235 0Cr18Ni12Mo2Ti6,8,10,Q235 1Cr18Ni12Mo2Ti12,14,15,16,20g 1Cr18Ni9Ti1400 4000 16Mn 1Cr18Ni9Ti不低于基层钢的力学性能18,20,1800800015016Mn 1Cr18Ni12Mo2Ti22,24,16Mn 0Cr1325,28,30表2不锈复合冷轧薄钢板的厚度允许偏差公称厚度/mm复层厚度允许偏差/mm复合钢板厚度允许偏差/mmA级精度B级精度0.8 1.0 0.07 0.081.2 0.08 0.101.5不大于复层公称 0.10 0.122.0尺寸的土 10%

8、 0.12 0.142.5 0.13 0.163.0 0.15 0.17注：不锈复合薄钢板冷轧后进行热处理、酸洗或类似的处理加工，最后获得适当等级的表面粗糙度表3不锈复合钢板总厚度及其允许偏差复合钢板总厚度/mm41011 1516 2526 3031 60总厚度允许偏差 9% 8% 7% 6% 5%不锈复合钢板表面的质量特征如下I级表面钢板两面允许有深度不大于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于允许最小厚度 的一般的轻微麻点、轻微划伤和辊印。U级表面钢板表面允许有深度不大于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于允许最小厚度 的下列缺陷。正面：一般的轻微麻点、轻微划伤、凹坑和辊印。反面：一般的轻微麻点、

9、局 部的深麻点、轻微划伤、压痕或凹坑。钢板两面超出上述范围的缺陷允许用砂轮清除，清除 深度正面不得大于钢板复层厚度之半，反面不得大于钢板公差。不锈复合钢冷轧薄钢板的力学性能应符合基层材料相应标准的规定，当基层材料选用深 冲拉延钢时，力学性能应符合表 4的规定。在弯曲部分的外侧允许产生裂纹，复合界面不允 许分层。表4不锈复合钢冷轧薄钢板的力学性能基层钢号拉伸性能冷弯性能抗拉强度b/MPa屈服强度 s/MPa伸长率 10/%弯曲角度(d=2a )内弯、外弯试验结果复层为奥氏体不锈钢复层为铁素体不锈钢08AI3454903502818180o不得有分层、裂纹、折断10A136551036027171

10、80o不得有分层、裂纹、折断注：复层为0Cr13钢时，力学性能按复层为铁素体不锈钢的规定。基层为其他钢号时，冷轧复合薄钢板的力学性能按基层牌号相应标准的规定执行。a为复合钢板总厚度。不锈复合钢板标准中没有弯曲试验规定时，可不做弯曲试验；如需求方要求做时，弯曲 直径d=4a。对称型复合钢板任做一个弯曲试验、非对称型复合钢板进行冷弯试验时，复层 厚度大的面在外侧。1.3复合钢板的接头设计复合钢板焊接接头设计必须考虑便于分别对基层、复层及过渡层焊接施工和避免或减少 焊接第一焊道时被稀释的问题。图1为不锈钢复合钢板、铜及铜合金复合钢板对接接头的常 用坡口形式。65*-Sd65r 5*65 5U-HF亓

11、4二65*5*Q2b5圈i不镌啊复合钢板，摘及钢合金复合钢板对接接头常用坡口形式（括号内的尺寸供埋鼻译用，軾fd mm）钛及钛合金或铝及铝合金复层冶金相容性差。因此在接头设计上应尽量避免或减少基层金属熔入复层金属。所以在接头构造上与不锈钢复合钢板有较大区别。图2为钛及钛合金或铝及铝合金复合钢板对接接头的常用坡口形式。50*i图2钛廉钛合金或蜡及铝合金夏合钢板对接接头常用坡口形罠对接接头尽可能采用X形坡口双面焊。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。当焊接位置受限，必须单面焊时，可采用单面 V形坡口。2. 钛-钢复合板的焊接采用钛一钢复合板可以大大扩展钛的应用范围和降低结构件

12、的造价，许多国家已经掌握 这种复合板的生产技术。我国已经采用爆炸成形以及爆炸-轧制技术来生产制造这种复合板 并取得良好效果。2.1钛钢复合板的分类及性能目前，生产钛-钢复合板最适宜的方法是爆炸成形。也有同时采用两种工艺来生产钛- 钢复合板的：先爆炸成形，然后再进行轧制。在真空条件下轧制钛-钢复合板比最初采用的 真空钎焊工艺更便宜。钛-钢复合板和钛-不锈钢复合板用于制造在腐蚀环境中承受一定压力、 温度的塔、罐、 槽等工程结构。钛钢复合板的分类见表 5。钛-钢复合板的力学和工艺性能见表 6。钛-不 锈钢复合板的分类见表7。钛-不锈钢复合板的力学和工艺性能见表 &表5钛-钢复合板的分类种类代号0类B

13、00类:用于过渡接头、法兰等高结合强度且不允许不结合区爆炸钛-钢复合板1类B1存在的复合板2类B21类:将钛材作为强度设计或特殊用途的复合板，如管板等爆炸-轧制钛-钢复合板1类2类BR1BE22类:体等将钛材作为耐蚀设计，而不考虑强度的复合板，如筒注：爆炸钛-钢复合板以“爆”字汉语拼音第一个字母B表示，爆炸-轧制钛-钢复合板以BR表示。表6钛一钢复合板的力学和工艺性能拉伸试验剪切强度t b/MPa弯曲试验抗拉强度T b/MPa伸长率5/%0类复合板其他类复合板弯曲角a /( )弯曲直径d/mm7 B大于基层或复 合材料标准中 较低一方的规 定值 196 138内弯180，外弯由复合材料标准规定

14、内弯时按基层标准，不够2倍时取2倍，外弯时为复合板厚度的 3倍注：复合钢板抗拉强度（7 B按式（7-1 ）计算。表7钛-不锈钢复合板的分类种类代号用途分类爆炸钛-不锈钢复合板0类B0用于过渡接头、法兰等高结合强度且不允许不结合区存在的某些特殊用途1类B1钛材参与强度设计的复合板，或复合板需进行严格加工的结构件，如管板等2B2将钛材作为耐蚀设计，不参与强度设计的复合板，如筒体等注：爆炸钛-钢复合板以“爆”字汉语拼音第一个字母B表示。表8钛-不锈钢复合板的力学和工艺性能拉伸试验剪切试验分离试验弯曲试验抗拉强度t b/MPa伸长率5/%剪切强度t b/MPa分离强度7 t/MPa弯曲角a/( )弯曲

15、直径d/mm7 B大于基层或复合材料标准中较低一方的规定值0类197274内弯180 ，外弯由复合 材料标准规疋内弯时按基层标准，不 够2倍时取2倍，外弯 时为复合板厚度的3 倍1类138一2类138一注：复合钢板抗拉强度（7 B按式（7-1 ）计算。2.2钛钢复合板焊接工艺特点钛钢复合板的复层（钛）厚度一般为 1.53.0mm基层厚度为820mm钛复层和钢 基层之间如果不加入中间金属层，经加热后会产生脆性层，使钛-钢复合板的层间结合强度 降低。因此，可在钛与钢之间加入 V、Nb或者V Cr等中间合金层。通过加入各种中间金属层轧制的钛-钢复合板加热工艺对界面抗拉强度的影响见表9。由表可见，加入

16、V作为中间层的效果最好。加双金属中间层（V Cu或Nb Cu）的结果并 不好。因为Cu的熔点低，会形成低熔点共晶体，从而使钛-钢复合板的焊接工艺变得更复杂。表9钛-钢复合板加热工艺对界面抗拉强度的影响钛-钢复合板抗拉强度/MPa450 CX 100h800 C0.5h5h10h50h无中间层265221157196186加V中间层一294272277274加Nb中间层225100178176167加V Cu中间层：206194208201225加Nb Cu中间层219140181189203钛一钢复合板的焊接主要采用以下两种工艺：焊缝上加盖板，见图3（a）;加中间层，见图 3（b）。（町愕缝上

17、加蓋板加中何层图3 钛钢复合板焊接工艺的示意1-1 2.召一钛丄3钛盈板I 4 一焊撻* 5-眩嗪钢；7 -鹑概电SU !* 焊枪* 910-&H层采用第一种焊接工艺时（在焊缝上加盖板），对接接头处的强度性能主要靠基层钢焊缝 来保证，而加盖板的目的是用来防止侵蚀性介质腐蚀焊接接头。在焊缝和盖板之间填加的地、 填充材料，通常是Ag （ Ag与Ti熔合得很好）或熔点较低的银钎料，也可以填充环氧树脂型聚合物。加填充材 料的目的是为了提高接头的抗腐蚀性能。焊缝可以是如图4（a）所示的单面焊缝，也可以是如图4（b）所示的双面焊缝。i叫单面揮乳（b）収面辉St图J钛嗣蔓合板接头的挥建畛式（单位2焊接钛-钢

18、复合板的第二种工艺是在钛复层的坡口中镶入一层很薄的难熔金属衬片（见 图1b）,如厚度0.1mm的铌箔或钼箔等。焊接钛钢复合板的复层时，采用钨极氩弧焊（TIG）， 填加钛焊丝，钛丝直径取决于钛-钢复合板的复层厚度及坡口形式。钨极电弧在钛丝和钨极 之间燃烧，不要使电弧直接作用在铌箔上，焊枪应沿着钛丝移动，钛丝熔化后即形成钛-钢 复合板的焊缝。因为Nb的熔点高，钨极电弧又不直接作用在铌箔上，所以只有很少部分Nb熔化，防止了钛与钢的相互熔合，可以有效地防止脆性相的形成。2.3钛一钢复合板焊接实例被焊母材 钛钢复合板，复层为工业纯钛TA2（厚度2mm，基层为低碳钢（厚度8mm。 焊接工艺 用厚度0.1m

19、m的铌箔作为中间层，采用钨极氩弧焊（TIG）进行焊接，钨极直径3mm 填加钛焊丝，钛丝直径4mm焊接工艺参数为，焊接电流160170A,焊接电压1012V,焊 接速度13.3cm/min，喷嘴直径18mm用氩气作为保护气体，保护熔池的氩气流量为810L/min，在冷却过程中保护焊缝的氩气流量为 34L/min通过上述工艺获得的钛-钢复合板焊接接头的抗拉强度为387397MPa基层金属的抗拉强度为426431MPa在拉伸实验时，焊接接头首先在铌箔与钛复层的界面上断裂，然后 在钢基层上破断。这说明钛复层的塑性比低碳钢基层的塑性差。用上述工艺焊接的钛钢复合板接头在盐酸（HC1、硫酸（HSO）等侵蚀性

20、溶液中，耐 蚀性良好，与复层金属的耐蚀性实际上没有差别。 例如，钛在硫酸中的腐蚀速订为0.13mm/a, 而钛-钢复合板焊接接头的腐蚀速率为 0.15mm/a。采用钛-钢复合板焊接工艺时，首先要引起注意的是，对基层（钢基体）主要是热影响 区淬硬问题，对复层（钛）主要是脆化问题。3. 不锈复合钢的焊接不锈复合钢板基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接，焊接性主要取决于复层和基层的 物理性能、化学成分、接头形式及填充金属种类。焊接低碳钢（或低合金钢）与不锈钢的复 合钢板时，容易产生高温结晶裂纹、延迟裂纹和脆化问题。3.1不锈复合钢板的加工特点不锈复合钢板在焊接之前，一般经过下料切割成零件，坡口加工以及

21、热成形、冷成形加 工等。（1）复合钢板的切割不锈复合钢板总厚度在12mm以下时，主要是采用机械剪断和冷冲压加工等方法。 加工时, 复合层必须向下，而碳钢基层向上，不可损伤复层表面和结合处。在基层钢和复层钢都较厚 的情况下，可采用等离子切割和氧一乙炔火焰切割。在用氧一乙炔火焰切割时，要注意以下 问题。 所采用的喷嘴直径应当比同一厚度钢板稍大一些。 切割时应先从基层钢板一侧开始，氧压应是同等厚度钢板切割时氧压的一半，特别当 基层钢板较薄时更要低些。不锈钢复合板氧-乙炔火焰切割的速度要比切割低碳钢时的速度 慢（见表10）。表10不锈钢复合板氧-乙炔火焰切割的工艺参数复合板总厚度/mm复层厚度/mm切

22、割速度/cn.mi n-1氧压/MPa喷嘴直径/mm工件与喷嘴距离/mm喷嘴角度/（。）81.642.50.2451.5一一不锈复合板25538.50.2751.5 2.0一15501030.00.3432.5一一蒙乃尔复合板9246.00.0801.068030331.00.1961.571010如果复合钢板较厚，氧-乙炔火焰不能切割时，应采用等离子弧切割。等离子弧切割时,一般都从复层开始，即复合层在上面一侧开始切割，切割速度和切口质量比氧-乙炔火焰切 割时高。（2）复合钢板的成型加工不锈复合钢板的成型加工，应尽可能实行常温冷态弯曲成型，不可在滚床或压床进行急 剧弯曲，要施行逐段的缓慢成型加

23、工。加工过程中复层表面不可有油污，不可导致伤痕。一般化工容器和原子能装置结构，所用的复合钢板在焊接之前常需要加热成型加工。在 热成型的加工过程中应注意加工之前应清除工件表面上的油污及杂物；加热要保持弱性焰， 注意避免还原性焰产生增碳现象。热加工后，对于低碳钢基层可以空冷，对低合金钢的基层 要进行保温缓冷。不锈复合钢板加热成型的温度范围见表11。表11不锈复合钢板加热成型的温度范围基层不锈钢复层加热其他复层加热备注低碳钢700850C750950C，实际加热到 900950C为了避免晶间腐蚀，应尽低合金高强钢实际加热到可能选用有稳定剂的不锈钢复 层珠光体耐热钢800850C750950C，实际加

24、热到 900950C3.2焊接性特点(1)奥氏体系复合钢的焊接性奥氏体系复合钢板是指基层是低碳钢或低合金钢，复层是奥氏体不锈钢的复合钢板。复合钢板焊接时，复层和基层分开各自进行焊接。焊接中的主要问题在于基层与复层交接处的 过渡层焊接。焊接这类复合钢板时主要存在以下几个问题。 焊缝容易产生结晶裂纹 结晶裂纹是热裂纹的一种形式。焊缝金属在结晶过程中冷却 到固相线附近的高温时，液态晶界在焊接应力作用下产生的裂纹。影响结晶裂纹的因素主要 有两个。稀释率的影响 焊接奥氏体复合钢板时，由于基层钢板的含碳量高于复层，复层受基层的 稀释作用，使焊缝中奥氏体形成元素减少，含碳量增多，焊缝结晶时易产生微裂纹。结晶

25、区间的影响 奥氏体钢结晶温度区间很大，熔池结晶时在枝晶的晶界上存在S、P、Si等低熔点共晶物呈现薄膜状，这种液态薄膜在拉伸应力作用下易产生裂纹。若焊接材料选择不合适或焊接工艺不恰当，不锈钢焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬 硬组织；或由于铬、镍强烈渗入珠光体钢基层而严重脆化，产生裂纹。因此，焊接过渡层时， 要使用含铬、镍量较多的焊接材料，保证焊缝金属含一定量的铁素体组织，以提高抗裂性， 使之即使受到基层的稀释，也不会产生马氏体淬硬组织；同时，也应采用合适的焊接方法和 焊接工艺，减小基层一侧熔深和焊缝的稀释。 热影响区容易产生液化裂纹 复合钢焊接时，奥氏体钢热影响区由于受焊接热循环影 响，低熔点杂

26、质被熔化，在焊接应力作用下产生液化裂纹。焊接时，热影响区受熔池金属的 热膨胀作用产生压缩应力，当电弧移开后，随着温度的降低，压缩应力变拉伸应力。之后， 热影响区晶界上存在的低熔点共晶物的液膜被拉开产生裂纹。这种裂纹是由于奥氏体系复合 钢板的热影响区晶界受焊接热循环作用，低熔点共晶物液化产生的，所以称为液化裂纹。如 果晶界析出物的熔点高，即使受焊接热作用瞬时产生液态膜，但在压缩应力作用下已完成结 晶，当转变为拉伸应力时晶界已不存在液态膜了，所以也就不产生裂纹。防止奥氏体系复合钢板焊缝及热影响区产生结晶裂纹和液化裂纹的主要措施为：正确制 定焊接工艺，严格遵守操作规程；合理选择填充材料。 熔合区脆化

27、焊接奥氏体系复合钢板时，熔合区出现脆化的原因有如下几个。a. 结构钢焊条的影响 用E4303或E4315焊条焊接基层钢板时，由于热作用使复层钢板 局部熔化，合金元素渗入焊缝。在熔合区附近狭小区域中，搅拌作用不充分而产生马氏体组 织，使熔合区硬度和脆性增加。b. 不锈钢焊条的影响 用E347-16或E347-15焊条焊接复层钢板时，容易熔化基层钢板， 使焊缝金属成分稀释，焊缝金属为奥氏体 马氏体组织，使塑性和耐蚀性降低， 而熔合区的脆 性明显增加。c. 碳迁移的影响 焊接时碳由低Cr的基层钢板(碳钢或低合金钢)向高 Cr的不锈钢复 层焊缝金属扩散迁移，因此在基层和复层的交界形成高硬度的增碳层和低

28、硬度的脱碳层，引 起熔合区的脆化或软化。为了防止碳的迁移，可在基层和复层之间采用“隔离焊缝”（也称过渡层）。生产中常 选用含Nb的铁素体焊条在基层钢板上焊接“隔离焊缝”，然后用奥氏体钢焊条焊接复层，最 后用结构钢焊条焊接基层。这种工艺措施可有效地防止碳的迁移，避免在熔合区附近出现脱 碳层和增碳层，从而减小了熔合区的脆化，使复合钢板的焊接接头具有较高的强度和韧性。（2）铁素体系钢的焊接性 焊缝易产生结晶裂纹焊接铁素体复合钢板时，焊缝金属产生结晶裂纹的原因和防止 措施，与焊接奥氏体复合钢板时基本相同。 焊接接头易产生延迟裂纹延迟裂纹是焊接接头冷却到室温并在一定时间后才出现的 焊接冷裂纹，多产生在热

29、影响区。焊接铁素体系复合钢板产生延迟裂纹的影响因素有：焊接 接头区出现脆硬组织；焊缝金属中有明显的扩散氢聚集；焊接接头刚度大；有明显的焊接应 力。延迟裂纹有潜伏期，用不同的填充材料焊接时，延迟裂纹的潜伏期和裂纹数目不同，试 验结果见表12。因此，焊缝延迟裂纹检验不能焊后立即进行。表12铁素体复合钢板焊后延迟裂纹潜伏期的试验结果焊条预热温度/c裂纹数目牌号型号焊后24h48h70h120h340hG302E430-16不预热011222G307E430-1550002000G202E410-16不预热417190500G207了防止产生延迟裂纹，应采取下列措施。

30、焊条要充分干燥 选用的焊条要放置在通风处储藏， 严禁焊条受潮或杂乱无章地堆放。 施焊前焊条要烘干 焊条烘干可去除水分和氢，如采用G302或G307焊条，焊前在100C 以上烘干；采用G202或G207焊条，焊前在50C以上烘干，焊后就不产生延迟裂纹。 严格遵守操作规程焊接铁素体复合钢板的操作规程应根据板厚、接头形式及技术条 件的要求制定。3.3焊接程序（1）复合钢板的焊接方法焊接方法应根据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定。目前焊接复合 钢常用手工电弧焊，也可用氩弧焊、埋弧自动焊或气体保护焊。为了减小熔合比，可用双丝 埋弧焊。实际生产中常用埋弧自动焊焊接基层，用手工电弧焊和氩弧焊

31、焊接复层和过渡层。为了保证复合钢板不失去原有的综合性能，基层和复层必须分别进行焊接。基层的焊接 工艺与珠光体钢相同，复层的焊接工艺与相应的不锈钢（或镍基合金、钛及钛合金等）相似， 只有基层与复层交界处的焊接是属于异种金属的焊接。（2）复合钢焊接的坡口形式复合钢板下料时要特别注意，如果采用氧一乙炔切割时，复层应向下，热影响区约为6 10mm等离子弧切割时，复层应向上，热影响区约为0.51mm压缩弧等离子切割的热影响区最小或几乎没有。无论采用哪种方法下料，焊前都必须打磨接口处，使接口平整并除去切 割的热影响区部分。焊接坡口的形式，一般尽可能采用 V形或X形坡口双面焊。先焊基层，然后焊过渡层， 最后

32、焊复层（见图5）。这样的焊接顺序是为了保证复合钢焊接接头具有良好的耐腐蚀性能。当焊接现场的位置不允许作上述顺序的焊接时，可采用V形坡口单面焊。无论是单面焊还是双面焊时，都应考虑过渡层的焊接特点，并尽量减少复层一侧的焊接工作量。单面焊时应尽量保证复层中不溶入或少溶入基层成分1/ 4复合钢板接头设计和坡口形式见表13。薄件可采用I形坡口，较厚的复层钢板可采用 V 形、U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（见图6），以确保焊条一道基层焊道不受复层金属过大的稀释，以致脆化基层珠光 体钢的焊缝金属。复合钢板焊接角接头形式见图 7。图6 去掉塑层金属的夏合

33、接坡口幣式（和竝毘位于内图7覽合钢板弊接角接头形式一般尽可能采用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。当因焊接 位置限制只可采用单面焊时，可采用 V形坡口单面焊，先焊复层，再焊过渡层，最后焊基层。 焊接时尽量使复层中少溶入基层成分。哀 IJ 合御幅手工电厘錚壇口彩式31尺寸Hili畴成 8 1ZP=Z c2 庐=召0”M V脳罐门冶=r 60* =602632尸CSh8 R=- a IS* 戸= SO*Jt = 100J； = 15C2*75*4 3C*平扳对ft.测体轉、#FW5i平质时HE

34、环禅建平恆时按.臨体啾*耳齋事焊接材料选择不合适，不锈钢焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织。由于铬、镍 强烈渗入珠光体钢基层而严重脆化，产生裂纹。因此焊接过渡层时，为了减少基层对过渡层 焊缝的稀释作用，要选用含铬、镍当量较高的焊接材料，施焊时采用小电流，降低熔合比， 保证焊缝金属含有一定量的铁素体组织，以提高抗裂性，且之即使受到基层的稀释，也不会 产生马氏体淬硬组织。当复合板度小于25mm寸，基层也可全用Cr25-Ni13系（A302）焊条，但焊接残余应力大， 消耗不锈钢焊条多。当复合板厚度大于25mm寸，可先用纯铁焊条焊一层过渡层，然后用钢焊 条焊接基层。常用不锈复合钢板焊接材料的选用见

35、表 14。表中列出了基层、复层和过渡层焊接推荐采 用的焊条类型。这些焊条是根据复合钢板基层、复层的性能要求而选定的。不锈复合钢双面 焊和埋弧焊时焊接材料的选用见表 15。表14常用不锈复合钢板焊接材料的选用复合钢的组合基层过渡层复层Q235 0Cr13E4303E309-16(E1-23-13-16)E308-16(E0-19-10-16)E4315,E4316E309-15(E1-23-13-15)E308-15(E0-19-10-15)16Mn 0Cr13E5003,E5015E5016E5515-GE309-16(E1-23-13-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)15M

36、nV 0Cr13E309-15(E1-23-13-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)12CrMo 0Cr13E5515-B1E309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-15(E0-19-10Nb-15)Q235 1Cr18Ni9TiE4303E309-16(E1-23-13-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)Q235 0Cr18Ni9TiE4315,E4316E309-15(E1-23-13-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)16Mn 1Cr18Ni9Ti1

37、6Mn 0Cr18Ni9Ti15MnV 1Cr18Ni9TiE5003,E5015E5016E5515-GE309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-15(E0-19-10Nb-15)Q235 Cr18Ni12Mo2TiE4303E4315,E4316E309Mo-16(E1-23-13-Mo2-16)E318-16(E0-18-12Mo2Nb-16)16Mn 0Cr18Ni12Mo2Ti15MnV 0Cr18Ni12Mo2TiE5003,E5015E5016E5515-GE309Mo-16(E1-23-

38、13-Mo2-16)E318-16(E0-18-12Mo2Nb-16)注：括号内为 GB/T 983-1985型号表15不锈复合钢双面焊和埋弧焊时焊接材料的选用复合钢板手工电弧焊埋弧焊牌号型号焊丝焊剂基层Q235J422,J427E4302,E4315H08A,H08HJ43120、 20gJ422,J427J507E5003,E5015E5515-GH08Mn2SiA,H08AH08MnAHJ43109Mn216Mn15MnTiJ502,J507J557E5003,E5015E5515-GH08MnAH08Mn2SiAH10Mn2HJ431过渡层A302,A307A312E309-16,E3

39、09-15E309MO-16H00Cr29Ni12TiAIHJ260复层1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti0Cr13A102,A107A132,A137A202,A207E308-16,E308-15E347-16,E347-15E316-16,E316-15H0Cr19Ni9TiH00Cr29Ni12TiAlHJ260Cr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo3TiA202,A207A212E316-16,E316-15E318-16H0Cr18Ni12Mo2TiH0Cr18Ni12Mo3TiH00Cr29Ni12TiAlHJ260复合钢板的基体和复层分别选用各自适用的焊接材料进行

40、焊接。关键是接近复层的过渡 层部分，必须考虑基层的稀释作用，应选用 Cr、Ni含量较高的奥氏体填充金属来焊接过渡层 部分，以免出现脆硬组织。复合钢板的基层较薄时（如总厚度不大于8mm，可以用奥氏体焊条或填充金属焊接复合钢的全厚度，这时更需考虑基层材料的稀释作用。当复合钢板的厚度小于25mm寸，基层也可全用E309-16等焊条，但焊接残余应力稍大些， 消耗不锈钢焊条多。当复合钢板的厚度大于25mm寸，可先用铁素体焊条施焊一层过渡层， 然 后再用碳钢焊条焊接基层。复合钢单面焊焊接材料的选用见表16。表16复合钢单面焊焊接材料的选用复合钢板手工电弧焊埋弧焊备注牌号型号焊丝焊剂复层0Cr18Ni9Ti

41、1Cr18Ni9Ti0Cr13A102,A107A002E308-16,E308-15E308L过渡层纯Fe基层（有过渡层）Q235,20J422E4303H08AHJ431最初两层手 工电弧焊，其余 用埋弧焊20gJ422,J502J507E4303,E5003E5015H08AH08MnAHJ43116Mn15MnTiJ507,J557J607E5015,E5515-GE6015-GH08MnAH10Mn2HJ431基层（无过渡层）20,20g16Mn15MnTiA302A307E309-16E309-15HCr25Ni13H00Cr29Ni12TiAlHJ260（4）复合钢的焊接工艺根据

42、复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接工艺，通常选用手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO气体保护焊等。目前常用氩弧焊焊接复层，用埋弧焊或手工电弧焊焊接基层。 焊接顺序复层钢的焊接顺序为：先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层（见图5），以保证焊接接头具有良好的耐蚀性。同时还应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角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光。焊接 复层时，可先焊过渡层，也可直接焊复层，这要根据复合钢板厚度而定。为了防止第一道基 层焊缝中熔入奥氏体钢，可预先将接头附

43、近的复层金属加工掉一部分。过渡层高温下有碳扩 散过程发生，在交界区形成了高硬度的增碳带和低硬度的脱碳带，使过渡层形成了复杂的金 相组织状态，造成复层钢板焊接困难。 焊接工艺要点 焊前正确装配，是关系到接头质量的关键。焊前装配应以复层为基准， 防止错边量过大，影响复层的焊接质量。首先必须保证工件装配的间隙，一般对接接头约1.5 2mm保证不错边。错边量过大将直接影响过渡层和复层的焊接质量。筒体件装配焊缝的错边量允许值见表17。表17筒体件装配焊缝的错边量允许值复层厚度/mm纵缝错边量/mm环缝错边量/mm2 2.5 0.5 1.035 1.0 1.5装配时的点固焊在基层钢上进行，点焊焊缝不可产生

44、裂纹和气孔，否则应铲去重焊。点 焊所用焊条及工艺参数与生产时用的相同。严禁用碳钢或低合金钢焊接材料在高合金复层上 施焊，并防止用错焊条，把过渡层焊条焊到复层上。用碳钢焊条在复层一侧施焊时，应对复 层表面（坡口两侧各150mn范围）涂覆白垩粉保护，已经粘上的飞溅颗粒必须仔细清除掉。不锈钢复层不可有划伤或污染。先焊基层，第一道基层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。基层钢焊接时，仍按基层钢常规焊接电流施焊。对于过渡层的焊接，为了减少母材对焊缝的稀释率，在保证焊透的条件下，应尽量采用小电流焊接。基层焊完后，用碳弧气刨、铲削或磨削法清理焊根，经X射线探伤合格后，才能焊接过渡层，最后

45、将复层焊满。要尽量减少焊缝的稀释，采用小直径焊条和窄焊道；自动焊时，采 用摆动焊丝或多丝焊以减小熔合比，尽量采用直流正接。焊过渡层焊缝时，必须盖满基层焊 缝，且要高出基层与复层交界线约1mm焊缝成形要平滑，不可凸起，否则需用手砂轮打磨掉。Q235 1Cr18Ni9Ti复合板焊接的工艺参数见表 18。表 18 Q235 1Cr18Ni9Ti 复合,钢板焊接的工艺参数焊缝层次焊条焊条直径焊接电流焊接电压牌号型号/mm/A/V1312020基层2J427E43154160243419026过渡层4A302E309-16(E1-23-13-16)413014020复层5A312E309Mo-16(EE

46、1-23-13Mo2-16414015020 括号内为GB/T 983-1985的型号。焊接小直径复合钢管时，第一层焊道应采用钨极氩弧焊，然后用 E309-15等奥氏体焊条焊接第二层。原子能反应堆球形压力容器是由大厚度双层钢构成，施焊过程中先焊内部不锈 钢复合层，再焊一层铁素体过渡层，最后用低合金钢焊条填满基层焊缝。根据工作条件选用 结构材料时，应使奥氏体焊缝与珠光体钢熔合区中的扩散层降低到最小程度。这一点对于在 高温和有腐蚀性介质中工作的构件以及焊后需要进行回火处理的大型构件来说尤其重要。在 很多情况下，焊接构件的允许工作温度应低于珠光体钢的使用温度。由于熔合区化学成分、组织性能的不均匀性以

47、及基层、复层两种钢热导率的差异，可能产生扩散过渡层或引起扩散过渡层变宽。为了防止扩散层的生成和变宽，可采用含碳化物形成元素的珠光体焊条进行焊接，或在焊接坡口处用3.4焊后热处理不锈复合钢热处理时，在复合钢交界面上会产生碳元素从基层向复层的扩散，并随温度 升高，保温时间增长而加剧。结果在基层一侧形成脱碳层，在不锈钢一侧形成增碳层，使其 硬度增高，韧性下降。脱碳层一侧软化，强度降低。基层与复层的热膨胀系数相差很大，在 焊接加热、冷却过程中，在钢板的厚度方向上会产生很大的残余应力。这种残余应力在复层 的不锈钢表面上形成拉伸应力，成为设备使用过程中产生应力腐蚀开裂等事故的原因，不可 忽视。在不锈复合钢

48、的焊接接头中，既不进行复层的固溶处理，一般也不进行消应力热处理。 但是，在极厚的复合钢的焊接中，往往要求采取中间退火和消除应力热处理。消除焊接残余 应力的热处理最好在基层焊完后进行，热处理后再焊过渡层和复层。如需整体热处理时，选 择热处理温度时一考虑对复层耐蚀性的影响、 过渡层组织不均匀性及异种钢物理性能的差异。 热处理温度一般为450650C（多数情况下是选择下限温度而延长保温时间）。奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性，但是焊接接头存在拉应力的情况下，容易引起应力腐 蚀裂纹。因此必须设法使其表面残余拉应力减小。减小不锈复合钢表面残余应力的方法有如 下几种。 退火处理 可以减小不锈复合钢表面的残余应

49、力，但是在不锈复合钢中，焊接接头的 不锈钢一侧和碳钢一侧的物理化学和力学性能有很大差异，即奥氏体不锈钢的线膨胀系数比 碳钢大得多，在退火后的冷却过程中会产生热应力，所以退火并不能达到完全消除不锈钢残 余拉伸应力的预期效果。但在相当高的温度下退火时，由于焊缝金属在常温下的屈服应力降 低，使不锈钢部分的残余拉伸应力有一定的降低。另外，退火可以消除基层部分的残余应力。 借助变形法消除应力 对于存在残余拉伸应力的焊接结构件，从外部施加拉伸变形（以 弹性变形的大小为限），则存在残余拉伸应力的地方会引起塑性变形而使残余应力降低。从实际效果看，通过应用变形法达到减轻双层不锈复合钢容器上不锈钢部分的残余应力是

50、可行 的。 喷丸处理 采用喷丸处理双层复合钢的不锈钢部分，使材料表面造成残余压缩应力,从而防止应力腐蚀裂纹的产生。4.铜-钢复合钢板的焊接4.1铜钢复合钢板的焊接特点铜-钢复合钢板常用脱氧铜或无氧铜作复层。钢和铜在高温时的晶格类型、晶格常数和 原子半径等都很接近，这对焊接是有利的。但是熔点、热导率、线膨胀系数等物理性能差异 较大，给焊接造成一定的困难。钢与铜的线膨胀系数相差较远，而且铜-铁二元合金的结晶温度区间很大，故在焊接时 容易产生热裂纹。铜对铁的表面活性高，液态铜或铜合金有可能向其所接触近缝区的钢表面 内部渗透，使钢的近缝区形成渗透裂纹。实践证明，含Ni、Al、Si铜合金的焊缝金属对钢的

51、渗透较少，而含Sn的青铜则渗透严重。此外，钢的组织状态也对渗透裂纹有重要影响。液态 铜能浸润奥氏体而不能浸润铁素体，所以单相奥氏体钢比奥氏体-铁素体双相钢更易发生渗 透裂纹。4.2铜钢复合钢板焊接工艺铜和钢镍合金复层的最好焊接方法是气体保护焊。铜复层厚度大于3.2mm时，推荐预热温度不小于150C，用直径小于1.6mm的铜焊条焊接。复层较薄时，若采用预热，贝U先去除 一部分过渡层后再焊复层，以控制复层焊缝因稀释带入的铁量，保证耐蚀性。复层厚度小于 2.3mm时，应在钢上小心地熔敷一层铜，再用后倾焊法的半自动MIG焊，电弧直接作用在熔池上，而不作用在钢上，使第一层焊道的含铁量小于5%,以防止热裂

52、纹和渗透裂纹。铜-钢复合板过渡层的焊接材料可按表 19选取。铜-钢复合钢板对接时的坡口形式及尺 寸见表20。表中后两种是先焊复层后焊基层的坡口形式。表19铜-钢复合板过渡层的焊接材料接去阳或d/mmmmH/mm(*)2A5.；复合渗铝钢的1-1J焊接60231-360a .注：括号内为焊条牌号或焊丝代号。衰2o板对播时的堆口形式蛊尺寸堆 口尺寸ENiCu-7TcuAI(T237)HSCuAI(HS213)TcuSnB(T227)HSCuSn(HS212)TcuAl(T237)HSCuAl(HS213)ENiCu-7 或TCuAl, HSCuAl(HS213)低合金钢ENiCu-7TcuAl(T237)HSCuAl(HS21