復(fù)合板焊接工藝設(shè)計(jì)全

1、-復(fù)合鋼的焊接石油、化工、航海和軍工生產(chǎn)中廣泛使用復(fù)合鋼制造各類耐腐蝕設(shè)備。目前應(yīng)用較多的復(fù)合鋼是由較薄的不銹鋼與較厚的低合金鋼通過爆炸焊、軋制或堆焊等工藝方法制成的雙金屬板材。較厚的珠光體鋼局部為基層，基層多半由低碳鋼或低合金鋼組成，主要滿足復(fù)合鋼在使用中強(qiáng)度和剛度的要求。不銹鋼局部為復(fù)層，主要滿足復(fù)合鋼的耐蝕性等要求。隨著復(fù)合鋼的應(yīng)用圍不斷擴(kuò)大，其焊接日益引起人們的關(guān)注。1.復(fù)合鋼的根本性能1.1復(fù)合鋼的力學(xué)性能生產(chǎn)中應(yīng)用較多的復(fù)合鋼板是以不銹鋼、鎳基合金、銅基合金或鈦合金板為復(fù)層，低碳鋼或低合金鋼為基層，以爆炸焊、復(fù)合軋制、堆焊或釬焊方法制成的雙金屬板材。還可以采用電渣焊生產(chǎn)大厚度100

2、150mm的軋制復(fù)合鋼。通常復(fù)層只占復(fù)合鋼板總厚度的5%50%，一般為10%20%，最小實(shí)用厚度為1.5mm。復(fù)合鋼可以節(jié)約大量的不銹鋼或鈦等貴重金屬，具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。碳鋼與不銹鋼或鎳基合金、鈦等用復(fù)合軋制或爆炸焊方法形成的復(fù)合鋼板，要求具有一定的拉伸、彎曲等力學(xué)性能。為了保證復(fù)合鋼板不失去原有的綜合性能，對(duì)基層和復(fù)層必須分別進(jìn)展焊接，焊接性、焊接材料選擇、焊接工藝等由基層、復(fù)層材料決定。拉伸強(qiáng)度 復(fù)合鋼中的不銹鋼復(fù)層的力學(xué)性能比基層碳鋼優(yōu)良，抗接強(qiáng)度高于碳鋼。復(fù)合鋼的拉伸強(qiáng)度b、s可用下式求出。bccbddbcd式中 bc碳鋼的抗拉強(qiáng)度，MPa；c碳鋼的厚度，mm；bd不銹鋼的抗拉強(qiáng)度，

3、 MPa；d不銹鋼的厚度，mm。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，美國在ASMF標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：復(fù)合鋼的整體厚度按基層碳鋼的厚度進(jìn)展設(shè)計(jì)。日本有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通常也按這種規(guī)定進(jìn)展設(shè)計(jì)。彎曲性能 測(cè)定復(fù)合鋼的彎曲性能時(shí)，可把不銹鋼復(fù)層放在外側(cè)，也可把碳鋼基層放在外側(cè)進(jìn)展彎曲試驗(yàn)。無論采取哪種方法，都必須根據(jù)處于外側(cè)材料的彎曲試驗(yàn)規(guī)定進(jìn)展，目的是為了判斷外側(cè)材料的性能。如果把不銹鋼放在外側(cè)進(jìn)展彎曲試驗(yàn)，彎曲半徑按與復(fù)合鋼整體厚度相等的不銹鋼厚度彎曲試驗(yàn)所規(guī)定的半徑進(jìn)展彎曲，彎曲時(shí)外側(cè)必須不產(chǎn)生裂紋。在碳鋼為外側(cè)的彎曲試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)按碳鋼整體厚度的規(guī)定進(jìn)展試驗(yàn)。判斷復(fù)合鋼的彎曲性能時(shí)，把不銹鋼放在側(cè)，當(dāng)不銹鋼的厚度為4.99.5mm時(shí)

4、，半徑R可按復(fù)合鋼整體厚度的一半R=/2進(jìn)展彎曲。當(dāng)不銹鋼厚度>9mm時(shí)，彎曲半徑R按等于復(fù)合鋼整體厚度R=進(jìn)展彎曲。通常規(guī)定三個(gè)試樣中至少一個(gè)試樣不能在彎曲處的兩端有超過50%的別離現(xiàn)象。碳鋼與不銹鋼爆炸焊時(shí)，由于工藝參數(shù)不當(dāng)，有時(shí)在接合面交界處能產(chǎn)生硬化的合金層，當(dāng)進(jìn)展彎曲試驗(yàn)時(shí)，這種合金層容易形成裂紋。因此，使用爆炸焊復(fù)合鋼制造承受彎曲載荷的構(gòu)造時(shí)，必須選用沒有硬化合金層的爆炸焊復(fù)合鋼。1.2不銹復(fù)合鋼的種類與性能不銹復(fù)層鋼板是由較厚的珠光體鋼基層和較薄的不銹鋼復(fù)層復(fù)合軋制而成的雙金屬板?；鶎佣酁樘间摶虻秃辖痄?，復(fù)層多為1CR18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr23Ni

5、28Mo3Cu3Ti等奧氏體不銹鋼，主要滿足耐蝕性能等要求。不銹鋼復(fù)層通常是在容器里層，厚度一般只點(diǎn)總厚度的10%20%。我國生產(chǎn)的不銹鋼復(fù)合鋼板種類和力學(xué)性能見表1。目前應(yīng)用較多的是奧氏體系復(fù)合鋼板和鐵素體系復(fù)合鋼板。不銹復(fù)合鋼冷軋薄板和鋼帶寬度9001200mm、長度2000mm的允許偏差應(yīng)符合GB/T 708-1988的規(guī)定。成卷交貨時(shí)鋼卷頭、尾厚度不正常的長度分別不超過6000mm。不銹復(fù)合冷軋薄鋼板的厚度允許偏差見表2。不銹復(fù)合鋼板總厚度及其允許偏差見表3。復(fù)合鋼基層 復(fù)層規(guī)格/mmb/MPaS/MPa5/b/MPa總厚度寬度長度Q235 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti)

6、6,8,10,12,14,15,16,1810002000Q235 1Cr18Ni12Mo2Ti(0Cr18Ni12Mo2Ti)37024022150Q235 1Cr133702402215020g 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti)20g 0Cr18Ni12Mo2Ti(1Cr18Ni12Mo2Ti)4102502515020g 0Cr134102502515012CrMo 0Cr1341027020150Q235 1Cr18Ni941020150Q235 0Cr18Ni12Mo2Ti6,8,10,12,14,15,16,18,20,22,24,25,28,3014001800400

7、08000不低于基層鋼的力學(xué)性能150Q235 1Cr18Ni12Mo2Ti20g 1Cr18Ni9Ti16Mn 1Cr18Ni9Ti16Mn 1Cr18Ni12Mo2Ti16Mn 0Cr13表2 不銹復(fù)合冷軋薄鋼板的厚度允許偏差公稱厚度/mm復(fù)層厚度允許偏差/mm復(fù)合鋼板厚度允許偏差/mmA級(jí)精度B級(jí)精度0.81.0不大于復(fù)層公稱尺寸的±10%±0.07±0.081.2±0.08±0.101.5±0.10±0.122.0±0.12±0.142.5±0.13±0.163.0±

8、0.15±0.17注：不銹復(fù)合薄鋼板冷軋后進(jìn)展熱處理、酸洗或類似的處理加工，最后獲得適當(dāng)?shù)燃?jí)的外表粗糙度。表3 不銹復(fù)合鋼板總厚度及其允許偏差復(fù)合鋼板總厚度/mm4101115162526303160總厚度允許偏差±9%±8%±7%±6%±5%不銹復(fù)合鋼板外表的質(zhì)量特征如下。級(jí)外表 鋼板兩面允許有深度不大于鋼板厚度公差之半，且不使鋼板小于允許最小厚度的一般的輕微麻點(diǎn)、輕微劃傷和輥印。級(jí)外表 鋼板外表允許有深度不大于鋼板厚度公差之半，且不使鋼板小于允許最小厚度的以下缺陷。正面：一般的輕微麻點(diǎn)、輕微劃傷、凹坑和輥印。反面：一般的輕微麻點(diǎn)、

9、局部的深麻點(diǎn)、輕微劃傷、壓痕或凹坑。鋼板兩面超出上述圍的缺陷允許用砂輪去除，去除深度正面不得大于鋼板復(fù)層厚度之半，反面不得大于鋼板公差。不銹復(fù)合鋼冷軋薄鋼板的力學(xué)性能應(yīng)符合基層材料相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，當(dāng)基層材料選用深沖拉延鋼時(shí)，力學(xué)性能應(yīng)符合表4的規(guī)定。在彎曲局部的外側(cè)允許產(chǎn)生裂紋，復(fù)合界面不允許分層。表4 不銹復(fù)合鋼冷軋薄鋼板的力學(xué)性能基層鋼號(hào)拉 伸 性 能冷 彎 性 能抗拉強(qiáng)度b/MPa屈服強(qiáng)度s/MPa伸長率10/%彎曲角度d=2彎、外彎試驗(yàn)結(jié)果復(fù)層為奧氏體不銹鋼復(fù)層為鐵素體不銹鋼08Al3454903502818180º不得有分層、裂紋、折斷10Al365510360271718

10、0º不得有分層、裂紋、折斷注：復(fù)層為0Cr13鋼時(shí)，力學(xué)性能按復(fù)層為鐵素體不銹鋼的規(guī)定?；鶎訛槠渌撎?hào)時(shí)，冷軋復(fù)合薄鋼板的力學(xué)性能按基層牌號(hào)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行。為復(fù)合鋼板總厚度。不銹復(fù)合鋼板標(biāo)準(zhǔn)中沒有彎曲試驗(yàn)規(guī)定時(shí)，可不做彎曲試驗(yàn)；如需求方要求做時(shí)，彎曲直徑d=4。對(duì)稱型復(fù)合鋼板任做一個(gè)彎曲試驗(yàn)、非對(duì)稱型復(fù)合鋼板進(jìn)展冷彎試驗(yàn)時(shí)，復(fù)層厚度大的面在外側(cè)。1.3復(fù)合鋼板的接頭設(shè)計(jì)復(fù)合鋼板焊接接頭設(shè)計(jì)必須考慮便于分別對(duì)基層、復(fù)層及過渡層焊接施工和防止或減少焊接第一焊道時(shí)被稀釋的問題。圖1為不銹鋼復(fù)合鋼板、銅及銅合金復(fù)合鋼板對(duì)接接頭的常用坡口形式。鈦及鈦合金或鋁及鋁合金復(fù)層冶金相容性差。因此在

11、接頭設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量防止或減少基層金屬熔入復(fù)層金屬。所以在接頭構(gòu)造上與不銹鋼復(fù)合鋼板有較大區(qū)別。圖2為鈦及鈦合金或鋁及鋁合金復(fù)合鋼板對(duì)接接頭的常用坡口形式。對(duì)接接頭盡可能采用*形坡口雙面焊。同時(shí)考慮過渡層的焊接特點(diǎn)，盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接工作量。當(dāng)焊接位置受限，必須單面焊時(shí)，可采用單面V形坡口。2.鈦鋼復(fù)合板的焊接采用鈦鋼復(fù)合板可以大大擴(kuò)展鈦的應(yīng)用圍和降低構(gòu)造件的造價(jià)，許多國家已經(jīng)掌握這種復(fù)合板的生產(chǎn)技術(shù)。我國已經(jīng)采用爆炸成形以及爆炸軋制技術(shù)來生產(chǎn)制造這種復(fù)合板并取得良好效果。2.1鈦鋼復(fù)合板的分類及性能目前，生產(chǎn)鈦鋼復(fù)合板最適宜的方法是爆炸成形。也有同時(shí)采用兩種工藝來生產(chǎn)鈦鋼復(fù)合板的：先爆炸成形

12、，然后再進(jìn)展軋制。在真空條件下軋制鈦鋼復(fù)合板比最初采用的真空釬焊工藝更廉價(jià)。鈦鋼復(fù)合板和鈦不銹鋼復(fù)合板用于制造在腐蝕環(huán)境中承受一定壓力、溫度的塔、罐、槽等工程構(gòu)造。鈦鋼復(fù)合板的分類見表5。鈦鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能見表6。鈦不銹鋼復(fù)合板的分類見表7。鈦不銹鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能見表8。表5 鈦鋼復(fù)合板的分類種 類代 號(hào)爆炸鈦鋼復(fù)合板0類1類2類B0B1B20類：用于過渡接頭、法蘭等高結(jié)合強(qiáng)度且不允許不結(jié)合區(qū)存在的復(fù)合板1類：將鈦材作為強(qiáng)度設(shè)計(jì)或特殊用途的復(fù)合板，如管板等2類：將鈦材作為耐蝕設(shè)計(jì)，而不考慮強(qiáng)度的復(fù)合板，如筒體等爆炸軋制鈦鋼復(fù)合板1類2類BR1BE2注：爆炸鈦鋼復(fù)合板以“爆字漢語

13、拼音第一個(gè)字母B表示，爆炸軋制鈦鋼復(fù)合板以BR表示。表6 鈦鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能拉伸試驗(yàn)剪切強(qiáng)度b/MPa彎曲試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長率/0類復(fù)合板其他類復(fù)合板彎曲角/(°)彎曲直徑d/mm>B大于基層或復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)中較低一方的規(guī)定值 196138彎180°，外彎由復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定彎時(shí)按基層標(biāo)準(zhǔn)，不夠2倍時(shí)取2倍，外彎時(shí)為復(fù)合板厚度的3倍注：復(fù)合鋼板抗拉強(qiáng)度B按式7-1計(jì)算。表7 鈦不銹鋼復(fù)合板的分類種 類代號(hào)用 途 分 類爆炸鈦不銹鋼復(fù)合板0類B0用于過渡接頭、法蘭等高結(jié)合強(qiáng)度且不允許不結(jié)合區(qū)存在的*些特殊用途1類B1鈦材參與強(qiáng)度設(shè)計(jì)的復(fù)合板，或復(fù)合板需進(jìn)展嚴(yán)

14、格加工的構(gòu)造件，如管板等2類B2將鈦材作為耐蝕設(shè)計(jì)，不參與強(qiáng)度設(shè)計(jì)的復(fù)合板，如筒體等注：爆炸鈦鋼復(fù)合板以“爆字漢語拼音第一個(gè)字母B表示。表8 鈦不銹鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能拉伸試驗(yàn)剪切試驗(yàn)別離試驗(yàn)彎曲試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度b/MPa伸長率/剪切強(qiáng)度b/MPa別離強(qiáng)度t/MPa彎曲角/(°)彎曲直徑d/mm>B大于基層或復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)中較低一方的規(guī)定值0類197274彎180°，外彎由復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定彎時(shí)按基層標(biāo)準(zhǔn)，不夠2倍時(shí)取2倍，外彎時(shí)為復(fù)合板厚度的3倍1類1382類138注：復(fù)合鋼板抗拉強(qiáng)度B按式7-1計(jì)算。2.2鈦鋼復(fù)合板焊接工藝特點(diǎn)鈦鋼復(fù)合板的復(fù)層鈦厚度一般為1.53.0

15、mm，基層厚度為820mm。鈦復(fù)層和鋼基層之間如果不參加中間金屬層，經(jīng)加熱后會(huì)產(chǎn)生脆性層，使鈦鋼復(fù)合板的層間結(jié)合強(qiáng)度降低。因此，可在鈦與鋼之間參加V、Nb或者V Cr等中間合金層。通過參加各種中間金屬層軋制的鈦鋼復(fù)合板加熱工藝對(duì)界面抗拉強(qiáng)度的影響見表9。由表可見，參加V作為中間層的效果最好。加雙金屬中間層V Cu或Nb Cu的結(jié)果并不好。因?yàn)镃u的熔點(diǎn)低，會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶體，從而使鈦鋼復(fù)合板的焊接工藝變得更復(fù)雜。表9 鈦鋼復(fù)合板加熱工藝對(duì)界面抗拉強(qiáng)度的影響鈦鋼復(fù)合板抗拉強(qiáng)度/MPa450×100h8000.5h5h10h50h無中間層265221157196186加V中間層29427

16、2277274加Nb中間層225100178176167加V Cu中間層206194208201225加Nb Cu中間層219140181189203鈦鋼復(fù)合板的焊接主要采用以下兩種工藝：焊縫上加蓋板，見圖3(a)；加中間層，見圖3(b)。采用第一種焊接工藝時(shí)在焊縫上加蓋板，對(duì)接接頭處的強(qiáng)度性能主要靠基層鋼焊縫來保證，而加蓋板的目的是用來防止侵蝕性介質(zhì)腐蝕焊接接頭。在焊縫和蓋板之間填加的地、填充材料，通常是AgAg與Ti熔合得很好或熔點(diǎn)較低的銀釬料，也可以填充環(huán)氧樹脂型聚合物。加填充材料的目的是為了提高接頭的抗腐蝕性能。焊縫可以是如圖4(a)所示的單面焊縫，也可以是如圖4(b)所示的雙面焊縫。

17、 焊接鈦鋼復(fù)合板的第二種工藝是在鈦復(fù)層的坡口中鑲?cè)胍粚雍鼙〉碾y熔金屬襯片見圖1b,如厚度0.1mm的鈮箔或鉬箔等。焊接鈦鋼復(fù)合板的復(fù)層時(shí)，采用鎢極氬弧焊TIG，填加鈦焊絲，鈦絲直徑取決于鈦鋼復(fù)合板的復(fù)層厚度及坡口形式。鎢極電弧在鈦絲和鎢極之間燃燒，不要使電弧直接作用在鈮箔上，焊槍應(yīng)沿著鈦絲移動(dòng)，鈦絲熔化后即形成鈦鋼復(fù)合板的焊縫。因?yàn)镹b的熔點(diǎn)高，鎢極電弧又不直接作用在鈮箔上，所以只有很少局部Nb熔化，防止了鈦與鋼的相互熔合，可以有效地防止脆性相的形成。2.3鈦鋼復(fù)合板焊接實(shí)例被焊母材 鈦鋼復(fù)合板，復(fù)層為工業(yè)純鈦TA2厚度2mm，基層為低碳鋼厚度8mm。焊接工藝 用厚度0.1mm的鈮箔作為中間層

18、，采用鎢極氬弧焊TIG進(jìn)展焊接，鎢極直徑3mm。填加鈦焊絲，鈦絲直徑4mm。焊接工藝參數(shù)為，焊接電流160170A，焊接電壓1012V，焊接速度13.3cm/min，噴嘴直徑18mm。用氬氣作為保護(hù)氣體，保護(hù)熔池的氬氣流量為810L/min，在冷卻過程中保護(hù)焊縫的氬氣流量為34L/min。通過上述工藝獲得的鈦鋼復(fù)合板焊接接頭的抗拉強(qiáng)度為387397MPa，基層金屬的抗拉強(qiáng)度為426431MPa。在拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，焊接接頭首先在鈮箔與鈦復(fù)層的界面上斷裂，然后在鋼基層上破斷。這說明鈦復(fù)層的塑性比低碳鋼基層的塑性差。用上述工藝焊接的鈦鋼復(fù)合板接頭在鹽酸HC1、硫酸H2SO4等侵蝕性溶液中，耐蝕性良好，與

19、復(fù)層金屬的耐蝕性實(shí)際上沒有差異。例如，鈦在硫酸中的腐蝕速訂為0.13mm/a，而鈦鋼復(fù)合板焊接接頭的腐蝕速率為0.15mm/a。采用鈦鋼復(fù)合板焊接工藝時(shí)，首先要引起注意的是，對(duì)基層鋼基體主要是熱影響區(qū)淬硬問題，對(duì)復(fù)層鈦主要是脆化問題。3.不銹復(fù)合鋼的焊接不銹復(fù)合鋼板基層和復(fù)層交界處的焊接屬異種鋼焊接，焊接性主要取決于復(fù)層和基層的物理性能、化學(xué)成分、接頭形式及填充金屬種類。焊接低碳鋼或低合金鋼與不銹鋼的復(fù)合鋼板時(shí)，容易產(chǎn)生高溫結(jié)晶裂紋、延遲裂紋和脆化問題。3.1不銹復(fù)合鋼板的加工特點(diǎn)不銹復(fù)合鋼板在焊接之前，一般經(jīng)過下料切割成零件，坡口加工以及熱成形、冷成形加工等。1復(fù)合鋼板的切割不銹復(fù)合鋼板總厚

20、度在12mm以下時(shí)，主要是采用機(jī)械剪斷和冷沖壓加工等方法。加工時(shí)，復(fù)合層必須向下，而碳鋼基層向上，不可損傷復(fù)層外表和結(jié)合處。在基層鋼和復(fù)層鋼都較厚的情況下，可采用等離子切割和氧乙炔火焰切割。在用氧乙炔火焰切割時(shí)，要注意以下問題。所采用的噴嘴直徑應(yīng)當(dāng)比同一厚度鋼板稍大一些。切割時(shí)應(yīng)先從基層鋼板一側(cè)開場，氧壓應(yīng)是同等厚度鋼板切割時(shí)氧壓的一半，特別當(dāng)基層鋼板較薄時(shí)更要低些。不銹鋼復(fù)合板氧乙炔火焰切割的速度要比切割低碳鋼時(shí)的速度慢見表10。表10 不銹鋼復(fù)合板氧乙炔火焰切割的工藝參數(shù)復(fù)合板總厚度/mm復(fù)層厚度/mm切割速度/.min-1氧壓/MPa噴嘴直徑/mm工件與噴嘴距離/mm噴嘴角度/(

21、6;)不銹復(fù)合板825501.651042.538.530.00.2450.2750.3431.51.52.02.515蒙乃爾復(fù)合板9302346.031.00.0800.1961.01.568710010如果復(fù)合鋼板較厚，氧乙炔火焰不能切割時(shí)，應(yīng)采用等離子弧切割。等離子弧切割時(shí)，一般都從復(fù)層開場，即復(fù)合層在上面一側(cè)開場切割，切割速度和切口質(zhì)量比氧乙炔火焰切割時(shí)高。2復(fù)合鋼板的成型加工不銹復(fù)合鋼板的成型加工，應(yīng)盡可能實(shí)行常溫冷態(tài)彎曲成型，不可在滾床或壓床進(jìn)展急劇彎曲，要施行逐段的緩慢成型加工。加工過程中復(fù)層外表不可有油污，不可導(dǎo)致傷痕。一般化工容器和原子能裝置構(gòu)造，所用的復(fù)合鋼板在焊接之前常需

22、要加熱成型加工。在熱成型的加工過程中應(yīng)注意加工之前應(yīng)去除工件外表上的油污及雜物；加熱要保持弱性焰，注意防止復(fù)原性焰產(chǎn)生增碳現(xiàn)象。熱加工后，對(duì)于低碳鋼基層可以空冷，對(duì)低合金鋼的基層要進(jìn)展保溫緩冷。不銹復(fù)合鋼板加熱成型的溫度圍見表11。表11 不銹復(fù)合鋼板加熱成型的溫度圍基 層不銹鋼復(fù)層加熱其他復(fù)層加熱備 注低碳鋼700850750950，實(shí)際加熱到900950為了防止晶間腐蝕，應(yīng)盡可能選用有穩(wěn)定劑的不銹鋼復(fù)層低合金高強(qiáng)鋼實(shí)際加熱到800850珠光體耐熱鋼750950，實(shí)際加熱到9009503.2焊接性特點(diǎn)1奧氏體系復(fù)合鋼的焊接性奧氏體系復(fù)合鋼板是指基層是低碳鋼或低合金鋼，復(fù)層是奧氏體不銹鋼的復(fù)合

23、鋼板。復(fù)合鋼板焊接時(shí)，復(fù)層和基層分開各自進(jìn)展焊接。焊接中的主要問題在于基層與復(fù)層交接處的過渡層焊接。焊接這類復(fù)合鋼板時(shí)主要存在以下幾個(gè)問題。 焊縫容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋 結(jié)晶裂紋是熱裂紋的一種形式。焊縫金屬在結(jié)晶過程中冷卻到固相線附近的高溫時(shí)，液態(tài)晶界在焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂紋。影響結(jié)晶裂紋的因素主要有兩個(gè)。稀釋率的影響 焊接奧氏體復(fù)合鋼板時(shí)，由于基層鋼板的含碳量高于復(fù)層，復(fù)層受基層的稀釋作用，使焊縫中奧氏體形成元素減少，含碳量增多，焊縫結(jié)晶時(shí)易產(chǎn)生微裂紋。結(jié)晶區(qū)間的影響 奧氏體鋼結(jié)晶溫度區(qū)間很大，熔池結(jié)晶時(shí)在枝晶的晶界上存在S、P、Si等低熔點(diǎn)共晶物呈現(xiàn)薄膜狀，這種液態(tài)薄膜在拉伸應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂

24、紋。假設(shè)焊接材料選擇不適宜或焊接工藝不恰當(dāng)，不銹鋼焊縫就可能嚴(yán)重稀釋，形成馬氏體淬硬組織；或由于鉻、鎳強(qiáng)烈滲入珠光體鋼基層而嚴(yán)重脆化，產(chǎn)生裂紋。因此，焊接過渡層時(shí)，要使用含鉻、鎳量較多的焊接材料，保證焊縫金屬含一定量的鐵素體組織，以提高抗裂性，使之即使受到基層的稀釋，也不會(huì)產(chǎn)生馬氏體淬硬組織；同時(shí)，也應(yīng)采用適宜的焊接方法和焊接工藝，減小基層一側(cè)熔深和焊縫的稀釋。 熱影響區(qū)容易產(chǎn)生液化裂紋 復(fù)合鋼焊接時(shí)，奧氏體鋼熱影響區(qū)由于受焊接熱循環(huán)影響，低熔點(diǎn)雜質(zhì)被熔化，在焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生液化裂紋。焊接時(shí)，熱影響區(qū)受熔池金屬的熱膨脹作用產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，當(dāng)電弧移開后，隨著溫度的降低，壓縮應(yīng)力變拉伸應(yīng)力。之后，

25、熱影響區(qū)晶界上存在的低熔點(diǎn)共晶物的液膜被拉開產(chǎn)生裂紋。這種裂紋是由于奧氏體系復(fù)合鋼板的熱影響區(qū)晶界受焊接熱循環(huán)作用，低熔點(diǎn)共晶物液化產(chǎn)生的，所以稱為液化裂紋。如果晶界析出物的熔點(diǎn)高，即使受焊接熱作用瞬時(shí)產(chǎn)生液態(tài)膜，但在壓縮應(yīng)力作用下已完成結(jié)晶，當(dāng)轉(zhuǎn)變?yōu)槔鞈?yīng)力時(shí)晶界已不存在液態(tài)膜了，所以也就不產(chǎn)生裂紋。防止奧氏體系復(fù)合鋼板焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋和液化裂紋的主要措施為：正確制定焊接工藝，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程；合理選擇填充材料。熔合區(qū)脆化 焊接奧氏體系復(fù)合鋼板時(shí)，熔合區(qū)出現(xiàn)脆化的原因有如下幾個(gè)。a.構(gòu)造鋼焊條的影響 用E4303或E4315焊條焊接基層鋼板時(shí)，由于熱作用使復(fù)層鋼板局部熔化，合金元素

26、滲入焊縫。在熔合區(qū)附近狹小區(qū)域中，攪拌作用不充分而產(chǎn)生馬氏體組織，使熔合區(qū)硬度和脆性增加。b.不銹鋼焊條的影響 用E347-16或E347-15焊條焊接復(fù)層鋼板時(shí)，容易熔化基層鋼板，使焊縫金屬成分稀釋，焊縫金屬為奧氏體 馬氏體組織，使塑性和耐蝕性降低，而熔合區(qū)的脆性明顯增加。c.碳遷移的影響 焊接時(shí)碳由低Cr的基層鋼板碳鋼或低合金鋼向高Cr的不銹鋼復(fù)層焊縫金屬擴(kuò)散遷移，因此在基層和復(fù)層的交界形成高硬度的增碳層和低硬度的脫碳層，引起熔合區(qū)的脆化或軟化。為了防止碳的遷移，可在基層和復(fù)層之間采用“隔離焊縫也稱過渡層。生產(chǎn)中常選用含Nb的鐵素體焊條在基層鋼板上焊接“隔離焊縫，然后用奧氏體鋼焊條焊接復(fù)層

27、，最后用構(gòu)造鋼焊條焊接基層。這種工藝措施可有效地防止碳的遷移，防止在熔合區(qū)附近出現(xiàn)脫碳層和增碳層，從而減小了熔合區(qū)的脆化，使復(fù)合鋼板的焊接接頭具有較高的強(qiáng)度和韌性。2鐵素體系鋼的焊接性焊縫易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋 焊接鐵素體復(fù)合鋼板時(shí)，焊縫金屬產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的原因和防止措施，與焊接奧氏體復(fù)合鋼板時(shí)根本一樣。焊接接頭易產(chǎn)生延遲裂紋 延遲裂紋是焊接接頭冷卻到室溫并在一定時(shí)間后才出現(xiàn)的焊接冷裂紋，多產(chǎn)生在熱影響區(qū)。焊接鐵素體系復(fù)合鋼板產(chǎn)生延遲裂紋的影響因素有：焊接接頭區(qū)出現(xiàn)脆硬組織；焊縫金屬中有明顯的擴(kuò)散氫聚集；焊接接頭剛度大；有明顯的焊接應(yīng)力。延遲裂紋有潛伏期，用不同的填充材料焊接時(shí)，延遲裂紋的潛伏期和裂紋數(shù)

28、目不同，試驗(yàn)結(jié)果見表12。因此，焊縫延遲裂紋檢驗(yàn)不能焊后立即進(jìn)展。表12 鐵素體復(fù)合鋼板焊后延遲裂紋潛伏期的試驗(yàn)結(jié)果焊 條預(yù)熱溫度/裂 紋 數(shù) 目牌 號(hào)型 號(hào)焊 后24h48h70h120h340hG302E430-16不預(yù)熱011222G307E430-1550002000G202E410-16不預(yù)熱417190500G207了防止產(chǎn)生延遲裂紋，應(yīng)采取以下措施。焊條要充分枯燥 選用的焊條要放置在通風(fēng)處儲(chǔ)藏，嚴(yán)禁焊條受潮或雜亂無章地堆放。 施焊前焊條要烘干 焊條烘干可去除水分和氫，如采用G302或G307焊條，焊前在100以上烘干；采用G202或G207焊條，

29、焊前在50以上烘干，焊后就不產(chǎn)生延遲裂紋。嚴(yán)格遵守操作規(guī)程 焊接鐵素體復(fù)合鋼板的操作規(guī)程應(yīng)根據(jù)板厚、接頭形式及技術(shù)條件的要求制定。3.3焊接程序1復(fù)合鋼板的焊接方法焊接方法應(yīng)根據(jù)復(fù)合鋼板材質(zhì)、接頭厚度、坡口尺寸及施焊條件等確定。目前焊接復(fù)合鋼常用手工電弧焊，也可用氬弧焊、埋弧自動(dòng)焊或氣體保護(hù)焊。為了減小熔合比，可用雙絲埋弧焊。實(shí)際生產(chǎn)中常用埋弧自動(dòng)焊焊接基層，用手工電弧焊和氬弧焊焊接復(fù)層和過渡層。為了保證復(fù)合鋼板不失去原有的綜合性能，基層和復(fù)層必須分別進(jìn)展焊接?；鶎拥暮附庸に嚺c珠光體鋼一樣，復(fù)層的焊接工藝與相應(yīng)的不銹鋼或鎳基合金、鈦及鈦合金等相似，只有基層與復(fù)層交界處的焊接是屬于異種金屬的焊接

30、。2復(fù)合鋼焊接的坡口形式復(fù)合鋼板下料時(shí)要特別注意，如果采用氧乙炔切割時(shí)，復(fù)層應(yīng)向下，熱影響區(qū)約為610mm。等離子弧切割時(shí)，復(fù)層應(yīng)向上，熱影響區(qū)約為0.51mm。壓縮弧等離子切割的熱影響區(qū)最小或幾乎沒有。無論采用哪種方法下料，焊前都必須打磨接口處，使接口平整并除去切割的熱影響區(qū)局部。焊接坡口的形式，一般盡可能采用V形或*形坡口雙面焊。先焊基層，然后焊過渡層，最后焊復(fù)層見圖5。這樣的焊接順序是為了保證復(fù)合鋼焊接接頭具有良好的耐腐蝕性能。當(dāng)焊接現(xiàn)場的位置不允許作上述順序的焊接時(shí)，可采用V形坡口單面焊。無論是單面焊還是雙面焊時(shí)，都應(yīng)考慮過渡層的焊接特點(diǎn)，并盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接工作量。單面焊時(shí)應(yīng)盡量

31、保證復(fù)層中不溶入或少溶入基層成分。復(fù)合鋼板接頭設(shè)計(jì)和坡口形式見表13。薄件可采用I形坡口，較厚的復(fù)層鋼板可采用V形、U形、*形、V和U聯(lián)合形坡口。也可以在接頭反面一小段距離進(jìn)展機(jī)械加工，去掉復(fù)層金屬見圖6，以確保焊條一道基層焊道不受復(fù)層金屬過大的稀釋，以致脆化基層珠光體鋼的焊縫金屬。復(fù)合鋼板焊接角接頭形式見圖7。一般盡可能采用*形坡口雙面焊。先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層，以保證焊接接頭具有較好的耐蝕性。同時(shí)考慮過渡層的焊接特點(diǎn)，盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接工作量。當(dāng)因焊接位置限制只可采用單面焊時(shí)，可采用V形坡口單面焊，先焊復(fù)層，再焊過渡層，最后焊基層。焊接時(shí)盡量使復(fù)層中少溶入基層成分。3復(fù)合鋼焊

32、接材料的選用焊接材料選擇不適宜，不銹鋼焊縫就可能嚴(yán)重稀釋，形成馬氏體淬硬組織。由于鉻、鎳強(qiáng)烈滲入珠光體鋼基層而嚴(yán)重脆化，產(chǎn)生裂紋。因此焊接過渡層時(shí)，為了減少基層對(duì)過渡層焊縫的稀釋作用，要選用含鉻、鎳當(dāng)量較高的焊接材料，施焊時(shí)采用小電流，降低熔合比，保證焊縫金屬含有一定量的鐵素體組織，以提高抗裂性，且之即使受到基層的稀釋，也不會(huì)產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。當(dāng)復(fù)合板度小于25mm時(shí)，基層也可全用Cr25-Ni13系A(chǔ)302焊條，但焊接剩余應(yīng)力大，消耗不銹鋼焊條多。當(dāng)復(fù)合板厚度大于25mm時(shí)，可先用純鐵焊條焊一層過渡層，然后用鋼焊條焊接基層。常用不銹復(fù)合鋼板焊接材料的選用見表14。表中列出了基層、復(fù)層和過渡

33、層焊接推薦采用的焊條類型。這些焊條是根據(jù)復(fù)合鋼板基層、復(fù)層的性能要求而選定的。不銹復(fù)合鋼雙面焊和埋弧焊時(shí)焊接材料的選用見表15。表14 常用不銹復(fù)合鋼板焊接材料的選用復(fù)合鋼的組合基 層過 渡 層復(fù) 層Q235 0Cr13E4303E4315,E4316E309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E308-16(E0-19-10-16)E308-15(E0-19-10-15)16Mn 0Cr1315MnV 0Cr13E5003,E5015E5016E5515-GE309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0

34、-19-10Nb-16)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 1Cr18Ni9TiQ235 0Cr18Ni9TiE4303E4315,E4316E309-16(E1-23-13-16)E309-15(E1-23-13-15)E347-16(E0-19-10Nb-16)E347-15(E0-19-10Nb-15)16Mn 1Cr18Ni9Ti16Mn 0Cr18Ni9Ti15

35、MnV 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-16E1-23-13-Mo2-16E318-16E0-18-12Mo2Nb-1616Mn 0Cr18Ni12Mo2Ti15MnV 0Cr18Ni12Mo2TiE5003,E5015E5016E5515-GE309Mo-16E1-23-13-Mo2-16E318-16E0-18

36、-12Mo2Nb-16注：括號(hào)為GB/T 983-1985型號(hào)。表15 不銹復(fù)合鋼雙面焊和埋弧焊時(shí)焊接材料的選用復(fù)合鋼板手工電弧焊埋 弧 焊牌 號(hào)型 號(hào)焊 絲焊 劑基層Q235J422,J427E4302,E4315H08A,H08HJ43120、20gJ422,J427J507E5003,E5015E5515-GH08Mn2SiA,H08AH08MnAHJ43109Mn216Mn15MnTiJ502,J507J557E5003,E5015E5515-GH08MnAH08Mn2SiAH10Mn2HJ431過 渡 層A302,A307A312E309-16,E309-15E309Mo-16H00

37、Cr29Ni12TiAlHJ260復(fù)層1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti0Cr13A102,A107A132,A137A202,A207E308-16,E308-15E347-16,E347-15E316-16,E316-15H0Cr19Ni9TiH00Cr29Ni12TiAlHJ260Cr18Ni12Mo2TiCr18Ni12Mo3TiA202,A207A212E316-16,E316-15E318-16H0Cr18Ni12Mo2TiH0Cr18Ni12Mo3TiH00Cr29Ni12TiAlHJ260復(fù)合鋼板的基體和復(fù)層分別選用各自適用的焊接材料進(jìn)展焊接。關(guān)鍵是接近復(fù)層的過渡層局部，

38、必須考慮基層的稀釋作用，應(yīng)選用Cr、Ni含量較高的奧氏體填充金屬來焊接過渡層局部，以免出現(xiàn)脆硬組織。復(fù)合鋼板的基層較薄時(shí)如總厚度不大于8mm，可以用奧氏體焊條或填充金屬焊接復(fù)合鋼的全厚度，這時(shí)更需考慮基層材料的稀釋作用。當(dāng)復(fù)合鋼板的厚度小于25mm時(shí)，基層也可全用E309-16等焊條，但焊接剩余應(yīng)力稍大些，消耗不銹鋼焊條多。當(dāng)復(fù)合鋼板的厚度大于25mm時(shí)，可先用鐵素體焊條施焊一層過渡層，然后再用碳鋼焊條焊接基層。復(fù)合鋼單面焊焊接材料的選用見表16。表16 復(fù)合鋼單面焊焊接材料的選用復(fù)合鋼板手工電弧焊埋 弧 焊備 注牌 號(hào)型 號(hào)焊 絲焊 劑復(fù)層0Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti0Cr13A

39、102,A107A002E308-16,E308-15E308L過渡層純Fe基層(有過渡層)Q235,20J422E4303H08AHJ431最初兩層手工電弧焊，其余用埋弧焊20gJ422,J502J507E4303,E5003E5015H08AH08MnAHJ43116Mn15MnTiJ507,J557J607E5015,E5515-GE6015-GH08MnAH10Mn2HJ431基層(無過渡層)20,20g16Mn15MnTiA302A307E309-16E309-15HCr25Ni13H00Cr29Ni12TiAlHJ2604復(fù)合鋼的焊接工藝根據(jù)復(fù)合鋼板材質(zhì)、接頭厚度、坡口尺寸及施焊條

40、件等確定焊接工藝，通常選用手工電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊等。目前常用氬弧焊焊接復(fù)層，用埋弧焊或手工電弧焊焊接基層。 焊接順序 復(fù)層鋼的焊接順序?yàn)椋合群富鶎樱俸高^渡層，最后焊復(fù)層見圖5，以保證焊接接頭具有良好的耐蝕性。同時(shí)還應(yīng)考慮過渡層的焊接特點(diǎn)，盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接工作量。角接接頭無論復(fù)層位于側(cè)或外側(cè)，均先焊接基層。復(fù)層位于側(cè)時(shí)，在焊復(fù)層以前應(yīng)從角對(duì)基層焊根進(jìn)展清根。復(fù)層位于外側(cè)時(shí)，應(yīng)對(duì)基層最后焊道進(jìn)展修光。焊接復(fù)層時(shí)，可先焊過渡層，也可直接焊復(fù)層，這要根據(jù)復(fù)合鋼板厚度而定。為了防止第一道基層焊縫中熔入奧氏體鋼，可預(yù)先將接頭附近的復(fù)層金屬加工掉一局部。過渡層高溫下有碳擴(kuò)散過程

41、發(fā)生，在交界區(qū)形成了高硬度的增碳帶和低硬度的脫碳帶，使過渡層形成了復(fù)雜的金相組織狀態(tài)，造成復(fù)層鋼板焊接困難。焊接工藝要點(diǎn) 焊前正確裝配，是關(guān)系到接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。焊前裝配應(yīng)以復(fù)層為基準(zhǔn)，防止錯(cuò)邊量過大，影響復(fù)層的焊接質(zhì)量。首先必須保證工件裝配的間隙，一般對(duì)接接頭約1.52mm，保證不錯(cuò)邊。錯(cuò)邊量過大將直接影響過渡層和復(fù)層的焊接質(zhì)量。筒體件裝配焊縫的錯(cuò)邊量允許值見表17。表17 筒體件裝配焊縫的錯(cuò)邊量允許值復(fù)層厚度/mm縱縫錯(cuò)邊量/mm環(huán)縫錯(cuò)邊量/mm22.50.51.0351.01.5裝配時(shí)的點(diǎn)固焊在基層鋼上進(jìn)展，點(diǎn)焊焊縫不可產(chǎn)生裂紋和氣孔，否則應(yīng)鏟去重焊。點(diǎn)焊所用焊條及工藝參數(shù)與生產(chǎn)時(shí)用的一樣

42、。嚴(yán)禁用碳鋼或低合金鋼焊接材料在高合金復(fù)層上施焊，并防止用錯(cuò)焊條，把過渡層焊條焊到復(fù)層上。用碳鋼焊條在復(fù)層一側(cè)施焊時(shí)，應(yīng)對(duì)復(fù)層外表坡口兩側(cè)各150mm圍涂覆白堊粉保護(hù)，已經(jīng)粘上的飛濺顆粒必須仔細(xì)去除掉。不銹鋼復(fù)層不可有劃傷或污染。先焊基層，第一道基層焊縫不應(yīng)熔透到復(fù)層金屬，以防焊縫金屬發(fā)生脆化或產(chǎn)生裂紋。基層鋼焊接時(shí)，仍按基層鋼常規(guī)焊接電流施焊。對(duì)于過渡層的焊接，為了減少母材對(duì)焊縫的稀釋率，在保證焊透的條件下，應(yīng)盡量采用小電流焊接?；鶎雍竿旰?，用碳弧氣刨、鏟削或磨削法清理焊根，經(jīng)*射線探傷合格后，才能焊接過渡層，最后將復(fù)層焊滿。要盡量減少焊縫的稀釋，采用小直徑焊條和窄焊道；自動(dòng)焊時(shí)，采用擺動(dòng)焊

43、絲或多絲焊以減小熔合比，盡量采用直流正接。焊過渡層焊縫時(shí)，必須蓋滿基層焊縫，且要高出基層與復(fù)層交界限約1mm，焊縫成形要平滑，不可凸起，否則需用手砂輪打磨掉。Q235 1Cr18Ni9Ti復(fù)合板焊接的工藝參數(shù)見表18。表18 Q235 1Cr18Ni9Ti復(fù)合鋼板焊接的工藝參數(shù)焊縫層次焊 條焊條直徑/mm焊接電流/A焊接電壓/V牌號(hào)型 號(hào)基層123J427E4315344120160190202426過渡層4A302E309-16(E1-23-13-16)413014020復(fù)層5A312E309Mo-16(EE1-23-13Mo2-16414015020括號(hào)為GB/T 983-1985的型號(hào)。

44、焊接小直徑復(fù)合鋼管時(shí)，第一層焊道應(yīng)采用鎢極氬弧焊，然后用E309-15等奧氏體焊條焊接第二層。原子能反響堆球形壓力容器是由大厚度雙層鋼構(gòu)成，施焊過程中先焊部不銹鋼復(fù)合層，再焊一層鐵素體過渡層，最后用低合金鋼焊條填滿基層焊縫。根據(jù)工作條件選用構(gòu)造材料時(shí)，應(yīng)使奧氏體焊縫與珠光體鋼熔合區(qū)中的擴(kuò)散層降低到最小程度。這一點(diǎn)對(duì)于在高溫和有腐蝕性介質(zhì)中工作的構(gòu)件以及焊后需要進(jìn)展回火處理的大型構(gòu)件來說尤其重要。在很多情況下，焊接構(gòu)件的允許工作溫度應(yīng)低于珠光體鋼的使用溫度。由于熔合區(qū)化學(xué)成分、組織性能的不均勻性以及基層、復(fù)層兩種鋼熱導(dǎo)率的差異，可能產(chǎn)生擴(kuò)散過渡層或引起擴(kuò)散過渡層變寬。為了防止擴(kuò)散層的生成和變寬，

45、可采用含碳化物形成元素的珠光體焊條進(jìn)展焊接，或在焊接坡口處用3.4焊后熱處理不銹復(fù)合鋼熱處理時(shí)，在復(fù)合鋼交界面上會(huì)產(chǎn)生碳元素從基層向復(fù)層的擴(kuò)散，并隨溫度升高，保溫時(shí)間增長而加劇。結(jié)果在基層一側(cè)形成脫碳層，在不銹鋼一側(cè)形成增碳層，使其硬度增高，韌性下降。脫碳層一側(cè)軟化，強(qiáng)度降低?；鶎优c復(fù)層的熱膨脹系數(shù)相差很大，在焊接加熱、冷卻過程中，在鋼板的厚度方向上會(huì)產(chǎn)生很大的剩余應(yīng)力。這種剩余應(yīng)力在復(fù)層的不銹鋼外表上形成拉伸應(yīng)力，成為設(shè)備使用過程中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂等事故的原因，不可無視。在不銹復(fù)合鋼的焊接接頭中，既不進(jìn)展復(fù)層的固溶處理，一般也不進(jìn)展消應(yīng)力熱處理。但是，在極厚的復(fù)合鋼的焊接中，往往要求采取中間

46、退火和消除應(yīng)力熱處理。消除焊接剩余應(yīng)力的熱處理最好在基層焊完后進(jìn)展，熱處理后再焊過渡層和復(fù)層。如需整體熱處理時(shí)，選擇熱處理溫度時(shí)一考慮對(duì)復(fù)層耐蝕性的影響、過渡層組織不均勻性及異種鋼物理性能的差異。熱處理溫度一般為450650多數(shù)情況下是選擇下限溫度而延長保溫時(shí)間。奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性，但是焊接接頭存在拉應(yīng)力的情況下，容易引起應(yīng)力腐蝕裂紋。因此必須設(shè)法使其外表剩余拉應(yīng)力減小。減小不銹復(fù)合鋼外表剩余應(yīng)力的方法有如下幾種。 退火處理 可以減小不銹復(fù)合鋼外表的剩余應(yīng)力，但是在不銹復(fù)合鋼中，焊接接頭的不銹鋼一側(cè)和碳鋼一側(cè)的物理化學(xué)和力學(xué)性能有很大差異，即奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)比碳鋼大得多，在退

47、火后的冷卻過程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，所以退火并不能到達(dá)完全消除不銹鋼剩余拉伸應(yīng)力的預(yù)期效果。但在相當(dāng)高的溫度下退火時(shí)，由于焊縫金屬在常溫下的屈服應(yīng)力降低，使不銹鋼局部的剩余拉伸應(yīng)力有一定的降低。另外，退火可以消除基層局部的剩余應(yīng)力。 借助變形法消除應(yīng)力 對(duì)于存在剩余拉伸應(yīng)力的焊接構(gòu)造件，從外部施加拉伸變形以彈性變形的大小為限，則存在剩余拉伸應(yīng)力的地方會(huì)引起塑性變形而使剩余應(yīng)力降低。從實(shí)際效果看，通過應(yīng)用變形法到達(dá)減輕雙層不銹復(fù)合鋼容器上不銹鋼局部的剩余應(yīng)力是可行的。噴丸處理 采用噴丸處理雙層復(fù)合鋼的不銹鋼局部，使材料外表造成剩余壓縮應(yīng)力，從而防止應(yīng)力腐蝕裂紋的產(chǎn)生。4.銅鋼復(fù)合鋼板的焊接4.1銅鋼復(fù)

48、合鋼板的焊接特點(diǎn)銅鋼復(fù)合鋼板常用脫氧銅或無氧銅作復(fù)層。鋼和銅在高溫時(shí)的晶格類型、晶格常數(shù)和原子半徑等都很接近，這對(duì)焊接是有利的。但是熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率、線膨脹系數(shù)等物理性能差異較大，給焊接造成一定的困難。鋼與銅的線膨脹系數(shù)相差較遠(yuǎn)，而且銅鐵二元合金的結(jié)晶溫度區(qū)間很大，故在焊接時(shí)容易產(chǎn)生熱裂紋。銅對(duì)鐵的外表活性高，液態(tài)銅或銅合金有可能向其所接觸近縫區(qū)的鋼外表部滲透，使鋼的近縫區(qū)形成滲透裂紋。實(shí)踐證明，含Ni、Al、Si銅合金的焊縫金屬對(duì)鋼的滲透較少，而含Sn的青銅則滲透嚴(yán)重。此外，鋼的組織狀態(tài)也對(duì)滲透裂紋有重要影響。液態(tài)銅能浸潤奧氏體而不能浸潤鐵素體，所以單相奧氏體鋼比奧氏體鐵素體雙相鋼更易發(fā)生滲透裂

49、紋。4.2銅鋼復(fù)合鋼板焊接工藝銅和鋼鎳合金復(fù)層的最好焊接方法是氣體保護(hù)焊。銅復(fù)層厚度大于3.2mm時(shí)，推薦預(yù)熱溫度不小于150，用直徑小于1.6mm的銅焊條焊接。復(fù)層較薄時(shí)，假設(shè)采用預(yù)熱，則先去除一局部過渡層后再焊復(fù)層，以控制復(fù)層焊縫因稀釋帶入的鐵量，保證耐蝕性。復(fù)層厚度小于2.3mm時(shí)，應(yīng)在鋼上小心地熔敷一層銅，再用后傾焊法的半自動(dòng)MIG焊，電弧直接作用在熔池上，而不作用在鋼上，使第一層焊道的含鐵量小于5，以防止熱裂紋和滲透裂紋。銅鋼復(fù)合板過渡層的焊接材料可按表19選取。銅鋼復(fù)合鋼板對(duì)接時(shí)的坡口形式及尺寸見表20。表中后兩種是先焊復(fù)層后焊基層的坡口形式。表19 銅鋼復(fù)合板過渡層的焊接材料基層

50、材料復(fù) 層 材 料銅鋁青銅磷青銅硅青銅白銅ENiCu-7TcuAl(T237)HSCuAl(HS213)TcuSnB(T227)HSCuSn(HS212)TcuAl(T237)HSCuAl(HS213)ENiCu-7或TCuAl,HSCuAl(HS213)低合金鋼ENiCu-7TcuAl(T237)HSCuAl(HS213)TcuSnB(T227)HSCuSn(HS212)TcuAl(T237)HSCuSn(HS212)ENiCu-7或TCuAl,HSCuAl(HS213)注：括號(hào)為焊條牌號(hào)或焊絲代號(hào)。5.復(fù)合滲鋁鋼的焊接滲鋁鋼管具有優(yōu)異的抗高溫氧化性和耐蝕性，可代替人格昂貴的不銹鋼和耐熱鋼，

51、大大提高石化設(shè)備的使用壽命，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在美、日、英、德等工業(yè)興旺國家滲鋁鋼被廣泛應(yīng)用于石油、化工和電力等工業(yè)部門中。但是，滲鋁鋼管的焊接問題多年來一直阻礙著滲鋁鋼的推廣應(yīng)用。滲鋁鋼管的焊接有其復(fù)雜性，不同的滲鋁工藝如熱浸鋁法、固體粉末法、噴滲法等，滲鋁鋼管的焊接性能差異極大。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)不同滲鋁鋼的性能特點(diǎn)制定相應(yīng)的焊接工藝。5.1滲鋁鋼的特性滲鋁鋼是碳鋼和低合金鋼經(jīng)過滲鋁處理，在鋼材外表滲入鋁元素，形成0.20.5mm鐵鋁合金層的新型復(fù)合鋼鐵材料。滲鋁鋼具有優(yōu)異的抗高溫氧化性和耐蝕性，具有十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益。與原來未滲鋁的鋼材相比，滲鋁鋼可明顯地提高抗氧化性的臨界溫度約200以

52、上，在高溫H2S介質(zhì)中的耐蝕性可提高數(shù)十倍以上。近年來，滲鋁鋼也開場在我國一些產(chǎn)業(yè)部門如電力、石油化工、汽車工業(yè)等領(lǐng)域得到應(yīng)用，并已顯示出優(yōu)越性。我國對(duì)滲鋁鋼焊接的研究大多是針對(duì)熱浸滲鋁鋼的焊接，熱浸滲鋁工藝生產(chǎn)的滲鋁鋼滲層中Al、Fe含量，顯微硬度及主要相組成見表21，滲層深度變化對(duì)滲鋁層中的Al含量及顯微硬度的影響如圖8所示。表21 熱浸滲鋁鋼滲層中Al、Fe含量，硬度及主要相組成距表層的距離/m區(qū)域Al含量/%Fe含量/%顯微硬度/MH主要相組成0表層36.664.0180Al2O3121824滲鋁層外層34.032.766.068.1240490630FeAl Fe3Al3255688

53、0110滲鋁層中層29.226.518.870.473.280.6820740690614588Fe2Al5 FeAl Fe3AlFeAl Fe3Al130160滲鋁層10.88.189.291.0423392Fe3Al -Fe(Al)固溶體180190滲鋁層與母材交界1.40.397.899.22902701-Fe(Al)固溶體 鐵素體熱浸滲鋁鋼在工件外表存在脆性外表層，該脆性層主要是含Al較高的Fe-Al化合物脆性相，如Fe2Al5相54.71%Al等。由于脆性外表層的存在，使?jié)B鋁鋼的焊接性變差，在焊接過程中極易產(chǎn)生裂紋。對(duì)熱浸滲鋁鋼及時(shí)進(jìn)展退火處理對(duì)減少脆性外表層有利，但完全消除脆性外表層需要進(jìn)展長時(shí)間的退火處理，這對(duì)鋼材基體的組織性能可能產(chǎn)生不利的影響。我國針對(duì)電感應(yīng)料漿工藝生產(chǎn)的滲鋁鋼進(jìn)展過焊接性的深入研究。電感應(yīng)料漿法滲鋁工藝包括工件外表預(yù)處理、滲鋁料漿配制、傾瀉滲劑和保護(hù)劑的涂刷與枯燥、電感應(yīng)熱擴(kuò)散處理以及外表清理等工序。在滲鋁過程中采用電感應(yīng)加熱，可使擴(kuò)散滲鋁時(shí)間從十幾小時(shí)縮短到十幾分鐘完成。而且可以通過改變工藝參數(shù)控制滲層厚度和滲層中的鋁濃度，保證滲鋁層質(zhì)量，