不锈钢复合板的制作方法及焊接方法

不锈钢复合板的制作方法有两种：一、热轧法生产不锈钢复合钢板：以碳钢基板和不锈钢板处于物理纯净状态，在高度真空条件下进行轧制而成。在轧制过程中两种金属扩散实现冶金结合。当然为了提高复合界面的润湿效果，提高结合强度，在界面的物理化学处理方面还要采取一系列技术措施。二、爆炸法生产复合钢板：将不锈钢板重叠置于碳钢基板上，不锈钢板和碳钢基板之间用垫子间隔出一定的距离。不锈钢板上面平铺炸药，炸药爆炸的能量，使不锈钢板高速撞击碳钢基板，产生高温高压使两种材料的界面实现固相焊接。焊接工艺作者：陆汉惠（江门甘蔗化工厂（集团）股份有限公司，广东江门）关键词：不锈钢复合钢板；焊接，性；焊接工艺；工艺评定中图分类号：TG444.1文献标识码：B不锈钢复合钢板压力容器是近年来石油、化工行业中应用较广的设备，既有不锈钢较强的耐腐蚀性，又有普通钢的经济性。但其制造及焊接工艺较复杂，特别是对过渡层及复层的焊接质量要求很高。1999年4月，我公司承接了某化工厂10台常压塔的生产任务，其主体材质是24mm+3mm的16MnR+316L。对其工艺进行探讨，通过查阅许多有关资料及试验，确定了不锈钢复合钢板容器的制造及焊接工艺。1焊接性分析16MnR+316L不锈钢复合钢板的复层为316L，属奥氏体不锈钢，基层为16MnR，属碳锰低合金钢，其焊接工艺较简单。而16MnR+316L的焊接工艺难点是16MnR和316L过渡层和316L不锈钢的焊接。316L不锈钢焊接时，易发生HAZ敏化区晶间腐蚀，对于316L，发生敏化区间井非在平衡加热时的450-85OC，而是有一个过热度，可达600-1000C。因为焊接过程是一个快速加热和冷却的过程，而铬碳化合物沉淀是一个扩散过程，为足够扩散需要一定的过热度”其焊接工艺应采用快速过程。以减少处于敏化区加热的时间。所以焊接过渡层应用小热输入、反极性、直线运条和多层多道焊。316L的导热系数小.线膨胀系数大，热量不易散失，很容易形成所需尺寸的熔地，而旦在自由状态下，易产生较大的焊接变形。因此，在焊接复层316L时，应采用小电流、快速焊、窄焊道的多层多道焊接，要控制道间温度在6OC以下。2制造工艺2.1下料划线禁止在复层表面上切割线内用针划线打样冲眼，不得用墨汁、油漆涂写，尽量避免铁器碰伤划伤表面。2.2切割试样材料厚度为24mm+3mm，采用切割机进行切割时复层朝下，从基层侧开始切割并严禁熔渣溅到复层表面。切割前留有加工余量，切割后用刨边机把切割的热影响区刨掉。坡口也采用刨边机进行加工，加工后的坡□要进行外观检验，不得有裂纹和分层，否则要进行修补。2.3拼接拼接前坡口两侧各2Omm内外表面要用不锈钢丝刷清理，复层距坡□100mm范围内要涂防飞溅材料。拼接时应以复层为标准，保证对口错边量V1mm，间隙厂2mm。3焊接工艺3.1焊材及焊接方法基层外面一层采用埋弧焊，其他层采用焊条电弧焊焊接。根据不同的焊接位置，选用不同的焊接材料。焊接16MnR时选用①3.2mm,①4.0mm的E5O15，过渡层的焊接选用①3.2mm的CHS042，复层焊接选用①3.2mm的CHS022焊条，埋弧焊选用①4.Omm的HlOMnSi焊丝。3.2坡口形式及尺寸见图1，焊接工艺参数见表1。焊接要点：焊基层第1层时须特别注意不得将低合金金属沉积到复层上。基层或过渡层焊后经射线探伤合格后才能开始过渡层或复层的焊接。焊复层前必须清除坡口边缘复层坡口上的飞溅物。过渡层的熔敷金属必须完全盖满钢层b=1.5-2.5mm，并盖过不锈钢与碳钢交界面a=O.5—1.5mm，见图2。过渡层第1遍焊接要采用小参数、反极性、直道多道焊，以降低对复层的稀释。复层焊接过程中为保证焊接质量要用小直径焊条进行多道焊，对焊层的堆焊高度要控制到最小，不超过1—8mm。复层焊接时，必须彻底清除过渡层熔渣及其它表面附着物，道间温度控制在6OC以下，并用10倍放大镜检查无表面缺陷时，方可焊接下一层。焊时应注意引弧和熄弧的质量，收弧应将弧坑填满，多层焊时的层间接头应错开。4表面处理及检验复层表面划伤深度在0.2-0.5mm时必须修磨，＞0.5mm时须补焊。每焊完一道焊缝，特别是复层和过渡层，必须按要求进行检验，发现超标缺陷，必须进行返修。5工艺评定及产品焊接按上述工艺制作了焊接工艺评定试板，试板尺寸为600mmX300mmx(24mm+3mm)。焊缝经过外观及X射线探伤检查，全部合格，其弯曲、冲击试验结果表明，强度、韧性等力学性能均达到要求。按上述确定的工艺参数焊接常压塔，经过无损检测，一次合格率为98.93%，焊接质量良好。6结语通过焊接工艺评定及产品焊接，证实16MnR+316L不锈钢复合钢板制造、焊接工艺合理，可在生产中广泛应用。先焊不锈钢再焊碳钢容易出裂纹吧，我们都是先焊碳钢，然后用309LMo焊过渡层，然后焊316，效果不错的不锈钢复合板的焊接工艺规程1、目的为了规范不锈钢复合板标准化的焊接，成为复合板焊接行业的标准，更科学、正确的完成焊接工作2、使用范围本工艺适用于以各种不锈钢为复材、低碳钢或低合金钢为基材总厚度大于或等于4mm的不锈钢复合板的焊接。3、定义保证不锈钢复合板接头具有满足要求的机械性能，还要保证接头仍具有复层钢板的综合性能，防止焊缝金属的耐腐蚀，性、抗裂性的降低，对焊接人员在其全部操作过程中必须遵守的事项。4、职责本规程由复合板生产主管制定，对在焊接制作不锈钢复合板制品的相关单位具有协调、指导作用。5、管理内容5.1、焊接材料的选择5.1.1焊接材料选用原则5.1.1复层材料的选用应保证熔敷金属的合金元素的含量不低于复层材料标准规定的下限值。5.1.2过渡层的焊条宜选择25%Cr-13%Ni型或25%Cr-20%Ni型以补充基层对复层的稀释，对复层含钼的不锈钢复合板，应采用25%-13%Ni-Mo型焊条。5.1.2常用不锈钢复合板焊接材料可按表5.1.2-、5.1.2-2选取。表5.1.2-1常用不锈钢复合板过渡层及复层焊接材料的选用复层材质过渡层焊接复层焊接焊条牌号焊条型号焊条牌号焊条型号焊丝钢号0Cr18Ni9A302A307A062A402A407E309-16E309-15E309L-16E310-16E310-15A102A107E308-16E308-15H0Cr21Ni1000Cr19Ni10A062E309L-16A002E308L-16H00Cr21Ni100Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9TiA302A307A062A402A407E309-16E309-15E309L-16E310-16E310-15A132A137E347-16E347-15H0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10Nb00Cr17Ni14Mo2A042E309MoL-16A022E316L-16H0Cr19Ni12Mo20Cr17Ni12Mo2A312A042E309Mo-16E309MoL-16A022E316-16H00Cr19Ni12Mo20Cr13A302A307A402A407E309-16E309-15E310-16E310-15A302A102E309-16E308-16H0Cr14表5.1.2-2常用不锈钢复合板基层焊接材料的选用基层材质手弧焊埋弧焊氩弧焊CO2保护焊焊条焊丝钢号焊剂焊丝钢号焊丝钢号型号牌号型号牌号Q235A、Q235B、20g、20RE4303E4315J422J427H08AH08MnAHJ401-H08AHJ401-H08MnAHJ431H08Mn2SiAH08Mn2SiA16MnE5015J507H08MnAH10Mn2H10MnSiHJ401-H08MnAHJ401-H10Mn2HJ401-H10MnSiHJ431H08Mn2SiAH08Mn2SiA16MnRE5015E5015-GJ507J507R5.2、焊前准备5.2.1下料不锈钢复合钢板的切割以及坡口加工尽量采用机械加工方法，切割面应光滑，采用剪床切割时，复层应朝上。也可以采用等离子切割，切割时复层朝上，严禁将切割的熔渣落在复层上。5.2.2坡口加工及检查坡口形式和尺寸按图纸设计规定，如设计未明确规定的，可参照图3.2-1选用。坡口选用原则：确保焊接质量填充金属少，熔合比小，便于操作。坡口加工一般采用机械方法制成。若采用等离子切割、气割等方法开制坡口，则必须去除复材表面的氧化层加工完的坡口要进行外观检查，不得有裂纹和分层，否则应进行修补。5.2.3焊前清理坡口及其两侧各20mm范围内应用机械方法及有机溶剂进行表面清理，清除表面的油污、锈迹、金属屑、氧化膜及其他污物，复层距离坡口100mm范围内应涂防飞溅涂料。5.2.4焊件装配a装配应以复层为基准，其错边量不得大于复层厚度的二分之一，且不大于2mm，对于复层厚度不同时，按较小的复层厚度取错边量b定位焊应焊在基层母材上，且采用与焊接基层金属相同的焊接材料。手弧焊定位焊焊缝参照表3.5-1表5.2.4-1•手弧焊定位焊焊缝尺寸（mm）焊件厚度焊缝厚度焊缝长度间距<20<0.7^0>30不大于500>20不小于8>50^（为基层厚度c在装配过程中，严禁在复层上焊接工卡具，工卡具应焊在基层一侧。d复层一侧附件的焊接要符合设计图纸要求，当设计要求复层测附件焊在基层金属上时，应先将复层部分剥开，采用过渡层焊条将不锈钢托架焊在基层壳体上，焊缝表面采用与焊复层相同的焊条进行焊接。5.3、焊接当产品技术条件要求焊接工艺评定时，须在开工前由施工单位根据产品的结构特点以及技术要求制定焊接工艺评定，并取得质量监督部门的认可。5.3.1焊接方法基层的焊接推荐采用手工电弧焊、埋弧焊、及二氧化碳气体保护焊。复层和过度层的焊接，采用鸨极氩弧焊和手工电弧焊，也可采用能确保焊接质量的其他焊接方法。5.3.2焊接程序焊接宜先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层（如图5.3.2-1所示）。当条件受到限制时，也可先焊复层，再焊过渡层和基层，在这种情况下，如果复合板厚度小于10mm，基层的焊接可直接选用与过渡层相同的焊接材料，如果复合板厚度大于10mm，这时可适当加大过渡层的焊接厚度（过渡层的焊接厚度应大于或等于5mm），最后碳钢或低合金焊接基层。1234图5.3.2-1不锈钢复合板单面焊接的焊接顺序示意图1456图5.3.2-2不锈钢复合板双面焊接的焊接顺序示意图基层的焊接焊接基层焊道不得触及和熔化复材，先焊基材时，其焊道根部或表面，应距复合界面1-2mm。焊缝余高应符合有关标准的规定。视基材厚度、钢种以及结构等因素，必要时可采用适当的预热处理。过渡层的焊接焊接过渡层时，要在保证熔合良好的前提下尽量减少基材金属的熔入量降低熔合比。为此应采用较小直径的焊条或焊丝以及较小的焊接线能量。过渡层的厚度应不小于2mm。复层的焊接在焊接复层时，要注意保护复层的表面，防止焊接飞溅物损伤复层表面，不得在复层表面随意引弧、焊接卡兰、吊环以及临时支架等。复层焊缝表面应尽可能与复层表面保持平整、光顺。对接焊缝余高不大于1.5mm5.4、焊后热处理5.4、1焊后热处理按设计要求执行。5.4.2用不锈钢复合板制造的容器、管道或部件，当需要进行焊后热处理时，推荐在焊接过渡层之前进行，并按基层要求热处理加热温度。常用的不锈钢复合板焊后热处理参数见表5.4.2-。表5.4.2-1常用的不锈钢复合板焊后热处理参数复层材料基层材料加热温度(C)恒温时间(h)加热速度(C/h冷却速度(C/D铁素体系马氏体系奥氏体系Q235A、Q235B20g、20R、16Mn、16MnR580~620T/25，且不小于1/4400C以上时，加热速度不得超过5000/TC/h且不得超过200C/h不低于50C/h不得超过6500/TC/h且不得超过260C/h不低于50C/h400C以下自然冷却12CrMo600~680注：T为不锈钢复合板总厚度(mm)。5.4.3有耐腐蚀要求的不锈钢复合板焊制的容器管道，其复层焊缝表面要进行酸洗钝化处理。5.5、焊接质量检验不锈钢复合板构件的焊接质量检验项目一般包括外观检验、无损探伤、力学性能试验、压力试验、晶间腐蚀倾向试验以及金相检验等，每个产品的检验项目应按产品设计图样和技术条件的规定执行。5.5.1外观检验焊缝成形良好，尺寸应符合设计要求。焊缝及热影响区表面不得有气孔、夹渣、裂纹、弧坑等缺陷。当产品设计图样及技术条件无明确规定时，基层侧焊缝的咬边深度不得大于0.5mm，咬边长度不得大于该焊缝全长的10%，且不得大于100mm。复层一侧不得有咬边缺陷。5.5.2当产品技术条件要求进行焊接工艺评定，或要求提供产品焊接试板的性能以及技术条件规定时，还要进行力学性能试验、焊缝的无损探伤、金相检验等。5.6、返修当发现焊接接头有不允许存在的缺陷时，应将缺陷清除干净，并按GB/T8165返修工艺要求进行返修。（一）钢板拼接3.1焊前）隹备3.1.1不锈钢复合钢板及其配套使用材料必须具有出厂质量证明书，材料入厂后进行检查和验收，压力容器材料必须进行复验，确认所购材料符合规定标隹要求并对板材进行100%超声波探伤，合格后方可投入生产。3.1.2复合钢板下料3.1.2.1下料划线禁止在复层（316L）表面上用针及铁器划伤表面，不得用油漆、墨汁涂写，为防止复合钢板下料时遭到破坏，应采用等离子切割机，切割时复层应向上。3.1.3坡口坡口采用单面坡口，在基层开50°的V型坡口，钝边为6mm，间隙0〜2mm。将坡口组对起来，再在复合层点焊后加护板。在对坡口进行气刨后将V型坡口的下部刨成。型坡口。见图。坡口图3.1.4装配焊接3.1.4.、焊前装配应以复层（316L）为基隹面，焊缝错边允许量为＜2mm，组对间隙0〜2mm，在基层和复合层上加护板，要求碳钢不得直接和复合层接触，去除辅助板时应防止损伤基层金属，并将焊接处打磨光滑。3.1.4.2定位焊复合板的定位焊焊缝长度为10〜15mm，间距100〜150mm，点焊时要注意防止虚焊或存在根部未焊透。3.1.4.3焊前清理对覆层侧的坡口及两侧20〜30mm范围内用不锈钢钢丝刷进行仔细清理，除去油污等杂物。在覆层一侧施焊时，对覆层表面及坡口侧150mm范围内涂上一层防飞溅涂料（用白垩粉调成糊状刷在焊道两侧），已经粘上的飞溅颗粒，必须仔细清除。3.1.4.4焊接工艺首先在基层一侧用J422焊条进行封底焊两遍，接着采用手工焊（或埋弧焊）进行填充，手工焊盖面。注意填充应采用对称分断退焊，并采用防变形措施。焊接完毕后对焊缝进行气刨清根处理，放置24小时后进行100%探伤。合格后采用手工焊，焊条A042，①4.0对过渡层进行焊接，焊接完毕后进行100%着色探伤。合格后采用手工焊，焊条A022,①4.0对复合层进行填充，焊接完毕后进行100%着色探伤。合格后采用手工