不銹鋼復(fù)合板焊接既不同于不銹鋼，也不同于碳鋼或低合金鋼，而有其特點(diǎn)和難點(diǎn)。為了保證不銹鋼焊接接頭滿足相關(guān)要求的機(jī)械性能并保有復(fù)層鋼板的綜合性能，防止焊縫金屬的耐腐蝕性、抗裂性的降低，需要對(duì)基層和復(fù)層分別焊接。除了基層和復(fù)層的焊接外，過渡層的焊接是不銹鋼復(fù)合板焊接的主要特點(diǎn)，也是不銹鋼復(fù)合板焊接的關(guān)鍵。

我公司生產(chǎn)的循環(huán)水換熱器由一組板芯、兩塊壓板以及A、B、C、D 四個(gè)側(cè)管箱裝配焊接而成（圖1）。四個(gè)側(cè)管箱結(jié)構(gòu)包括兩塊端板、一塊蓋板、拉桿、橫/ 縱向折流板、吊耳、銘牌、管口以及附件。該設(shè)備中不銹鋼復(fù)合板的焊接可以分為兩部分：一是A、B、C、D 四個(gè)側(cè)管箱端板與蓋板之間的焊接；二是組裝過程中上下壓板與各側(cè)管箱蓋板的焊接以及各側(cè)管箱端板之間的焊接。

圖1 循環(huán)水換熱器

A、B 側(cè)管箱端板與蓋板之間的焊接

A、B 側(cè)管箱端板與蓋板之間的焊接是厚度分別為（30+3）mm 和（20+3mm 的兩塊復(fù)合鋼板的角焊縫接頭，如圖2 所示。

圖2 A、B 側(cè)管箱端板與蓋板的焊接詳圖

復(fù)層側(cè)基層的焊接

基層SA-516 Gr.70N 是壓力容器常用鋼材，焊接性能良好，采用成熟的焊接工藝，既能保證焊接質(zhì)量，也可以滿足復(fù)合鋼板對(duì)強(qiáng)度和韌性等力學(xué)性能的要求。

從復(fù)層側(cè)基層開始焊接，采用80%Ar+20%CO2混合氣體，用GMAW( 實(shí)心焊絲) 的焊接方法，氣體流量為20 ～ 25L/min，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（打底層及填充層）。為了避免基層碳鋼焊接時(shí)在復(fù)層表面造成電弧劃傷和焊接飛濺污染使其耐腐蝕性能降低，焊接前用防飛濺涂料涂敷在焊縫兩側(cè)各不小于50mm。

為了防止過大的焊接熱輸入對(duì)復(fù)層金屬的影響，控制焊接線能量≤ 23kJ/cm。采用多層焊，在保證熔合良好的情況下，加快焊接速度，減薄焊縫厚度，使坡口兩側(cè)熔合良好，防止產(chǎn)生氣孔、未熔合等缺陷。道間溫度控制為<250℃。焊接至距離復(fù)層結(jié)合面2 ～ 3mm 時(shí)停止焊接，給過渡層焊縫留出合適的深度。冷卻到<100℃時(shí)，用砂輪機(jī)將坡口內(nèi)的飛濺、熔渣等清理干凈，以利于過渡層的焊接。

過渡層的焊接

過渡層是典型的奧氏體與非奧氏體鋼的異種鋼焊接，兩種鋼材的物理性能差異很大，不銹鋼層的熱導(dǎo)率比低合金鋼低，線膨脹系數(shù)和電阻率也比基層大得多，因而在焊接過渡層時(shí)會(huì)引起較大的焊接應(yīng)力和變形，再加上焊縫與母材交界處熔合區(qū)組織的不均勻性，導(dǎo)致過渡層極易產(chǎn)生焊接裂紋。因此必須控制與調(diào)節(jié)異種鋼接頭組織的不均勻性，減少焊接應(yīng)力，防止過渡層脆化和產(chǎn)生裂紋，保證過渡層具有優(yōu)良的塑性、韌性。

采用98%Ar+2%CO2 混合氣體，用GMAW 焊接方法，氣體流量為18 ～ 23L/min，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（過渡層）。嚴(yán)格控制焊接熱輸入≤ 18kJ/cm，道間溫度控制為<150℃，按照一層三道的焊道排列形式進(jìn)行焊接，即先在坡口的兩側(cè)各堆焊一道焊道，然后再進(jìn)行焊接中間焊道，如圖3所示。焊接至距離復(fù)層表面1.5 ～ 2mm 時(shí)停止焊接，用砂輪機(jī)磨平，以利于復(fù)層的焊接。施焊時(shí)，焊接電流要適中，在熔合良好的情況下，焊接速度應(yīng)盡量快些，電弧不宜太長或太短，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。過渡層焊接完成之后進(jìn)行PT 滲透檢測，合格后再進(jìn)行復(fù)層的焊接。

表1 焊接材料及工藝參數(shù)

圖3 過渡層的焊接示意圖

復(fù)層的焊接

復(fù)層是奧氏體不銹鋼，可焊性良好，選擇98%Ar+2%CO2 混合氣體，用GMAW 的焊接方法，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（復(fù)層）。嚴(yán)格控制線能量≤ 18kJ/cm，采用一層多道布置焊道，焊接速度宜快不宜慢，保證熔合良好，防止咬邊缺陷，使焊縫成形良好，圓滑過渡，焊縫余高2 ～ 2.5mm 為宜。道間溫度控制為<150℃，避免產(chǎn)生熱裂紋，滿足設(shè)備使用過程中復(fù)層對(duì)耐蝕性的要求。

外側(cè)基層的焊接

采用GMAW 焊接方法，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（填充層F、F1、F2）。

C、D 側(cè)管箱端板與蓋板之間的焊接

C、D 側(cè)管箱端板與蓋板之間的焊接是厚度為（12+3）mm 復(fù)合鋼板與厚度為36mm 的奧氏體不銹鋼之間的角焊縫接頭，如圖4 所示。

圖4 C、D 側(cè)管箱端板與蓋板的焊接詳圖

過渡層的焊接

奧氏體與非奧氏體鋼的異種鋼焊接，焊接要點(diǎn)與技巧與A、B 側(cè)管箱過渡層的焊接相同。對(duì)坡口及其兩側(cè)各20mm 范圍內(nèi)進(jìn)行表面清理，清除表面的油污、銹跡、金屬屑、氧化膜及其他污物，復(fù)層距離坡口100mm 范圍內(nèi)應(yīng)涂防飛濺涂料。采用GMAW 焊接方法，焊接材料及工藝參數(shù)見表1 中過渡層焊接。

復(fù)層的焊接

奧氏體不銹鋼的焊接，焊接要點(diǎn)與技巧與A、B 側(cè)管箱復(fù)層的焊接相同，詳見表1 中的參數(shù)。

上下壓板與各側(cè)管箱蓋板的焊接

上下壓板與各側(cè)管箱蓋板的焊接是由8mm 不銹鋼板芯，50mm 碳鋼壓板以及（20+3）mm 和（12+3）mm厚度的復(fù)合板組成的角焊縫接頭，如圖5、圖6 所示。

圖5 A、B 側(cè)管箱蓋板與壓板的焊接詳圖

圖6 C、D 側(cè)管箱蓋板與壓板的焊接詳圖

與單一的材質(zhì)焊接相比，復(fù)合板的焊接比較復(fù)雜，主要表現(xiàn)在焊縫金屬易稀釋，過渡區(qū)有碳遷移發(fā)生，熔合區(qū)易產(chǎn)生脆硬組織，接頭存在較大的殘余應(yīng)力等。

過渡層由于兩種鋼的化學(xué)成分和物理性能差別較大，存在碳鋼基層與不銹鋼復(fù)層以及焊接填充金屬間的互熔問題，這是一個(gè)復(fù)雜的合金化過程。當(dāng)從復(fù)層開始焊接時(shí)，在過渡層上熔焊碳鋼焊縫金屬，形成合金焊縫，硬化帶約為2.5mm，更高硬度值>460HV，極易產(chǎn)生焊接裂紋。在這種焊接順序的情況下，考慮到鎳基焊接材料的成本太高，所以基層的焊接必須用與過渡層相同的不銹鋼焊接材料，因?yàn)楹缚p厚度較大，為了提高生產(chǎn)效率，減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度，采用GMAW 焊接方法。首先對(duì)焊接坡口表面進(jìn)行預(yù)堆處理，即在整個(gè)坡口表面堆焊不銹鋼層，堆焊時(shí)選用合金含量較高的過渡層材料堆焊過渡層，然后選用合金含量較低的不銹鋼材料堆焊1 ～ 3 層，這樣在基層的碳鋼表面形成隔離層，最后用不銹鋼材料，選用GMAW 焊接整個(gè)焊縫。

各側(cè)管箱端板之間的焊接

各側(cè)管箱端板之間的焊接是厚度為（30+3）mm 復(fù)合鋼板與厚度為36mm 的奧氏體不銹鋼之間的角焊縫接頭，如圖7 所示。焊接特點(diǎn)以及注意事項(xiàng)與C、D 側(cè)管箱端板與蓋板之間的焊接相同，焊接方法、焊接材料及工藝參數(shù)見表1。

圖7 側(cè)管箱各端板之間的焊接詳圖

結(jié)束語

此不銹鋼復(fù)合板設(shè)備焊接完成，按照ASME 鍋爐壓力容器規(guī)范第Ⅴ卷進(jìn)行無損檢測合格，焊縫質(zhì)量良好，證明了工藝方案的可行性，同時(shí)也得出不少不銹鋼復(fù)合板焊接的寶貴經(jīng)驗(yàn)：嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，控制焊接線能量和融合比，確保關(guān)鍵層的焊接質(zhì)量；在只能先焊復(fù)層，再焊過渡層和基層的條件下，可用過渡層焊材對(duì)坡口表面進(jìn)行隔離層堆焊，然后選用合金含量較低的不銹鋼材料焊接，從而保證焊縫的外觀與質(zhì)量