淺談不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接質(zhì)量控制措施

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，整體建設(shè)程度不斷提升，工業(yè)技術(shù)水平也在不斷地提升著，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，產(chǎn)生了重要的促進(jìn)作用。在工業(yè)建設(shè)的過程中，不銹鋼復(fù)合板過渡層的制作方法為：以碳素鋼或合金鋼為基礎(chǔ)，通過軋制、爆炸、塞焊等工作環(huán)節(jié)，來完成不銹鋼復(fù)合板過渡層的制作。不銹鋼復(fù)合板焊接的應(yīng)用效果與不銹鋼、碳鋼或合金鋼的性能都有很大的不同，應(yīng)用的位置等也有明顯的差異。保障不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接的整體性能，為實(shí)際的建設(shè)應(yīng)用做好基礎(chǔ)保障。

關(guān)鍵詞：不銹鋼復(fù)合板;過渡層焊接;質(zhì)量控制

一、前言

不銹鋼復(fù)合板是雙金屬的復(fù)合鋼板，碳素鋼或合金鋼形成的基層能夠很大程度提高復(fù)合板的性能，而復(fù)合層能夠提升不銹鋼復(fù)合板的耐腐蝕性能。這樣，在實(shí)際的建設(shè)應(yīng)用中，不僅能夠很好地提升建設(shè)的性能，還能夠減少不銹鋼建材的使用，縮減建設(shè)消耗的資源。不銹鋼復(fù)合板本身具有較好的綜合性能以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在石化行業(yè)中具有廣泛地應(yīng)用，同時(shí)，所制作的壓力容器在我國(guó)的石油、化工等行業(yè)的發(fā)展中應(yīng)用非常廣泛，但焊接點(diǎn)是影響不銹鋼復(fù)合板的質(zhì)量關(guān)鍵。

二、不銹鋼復(fù)合板

不銹鋼復(fù)合板是將碳鋼基層和不銹鋼覆層進(jìn)行有效的結(jié)合而形成的復(fù)合板鋼板。其結(jié)合碳鋼和不銹鋼的特點(diǎn)，因此，可以形成牢固的冶金性能。在不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用中，可以很好地完成熱壓、冷彎、切割、焊接等各種加工工藝，本身具有非常好的應(yīng)用性能。

（一）不銹鋼復(fù)合板的生產(chǎn)工藝

不銹鋼復(fù)合板的生產(chǎn)工藝有兩種，分別是爆炸復(fù)合和熱軋復(fù)合。

1. 爆炸復(fù)合板

將不銹鋼板與碳鋼基板形成重疊，在不銹鋼板和碳鋼基板之間通過墊子制造出一定的間隔距離。在不銹鋼板的表面布放炸藥，爆炸瞬間產(chǎn)生的能量，可以使不銹鋼板與碳鋼基板形成高速的相互撞擊，利用高溫高壓使兩種材料的界面實(shí)現(xiàn)固相焊接。在理想狀態(tài)下，復(fù)合板的剪切強(qiáng)度可以達(dá)到每平方毫米400 MPA[1]。圖1為爆炸不銹鋼復(fù)合板。

2. 熱軋復(fù)合板

將碳鋼基板和不銹鋼處理成物理純凈狀態(tài)，使其在高度真空條件下進(jìn)行軋制。在進(jìn)行軋制的過程中，兩種金屬實(shí)現(xiàn)有效的冶金結(jié)合。在實(shí)際的生產(chǎn)工藝中，并不能直接將完成熱軋的復(fù)合板進(jìn)行應(yīng)用，需要對(duì)復(fù)合界面的潤(rùn)濕效果進(jìn)行提升，提高復(fù)合板的結(jié)合強(qiáng)度，對(duì)熱軋復(fù)合板進(jìn)行一系列的物理和化學(xué)方面的完善。圖2為熱軋不銹鋼復(fù)合板。

（二）不銹鋼復(fù)合板的市場(chǎng)領(lǐng)域

不銹鋼復(fù)合板在當(dāng)前的很多領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用，例如：煤炭行業(yè)、石油行業(yè)。隨著煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，煤炭行業(yè)的發(fā)展也更加寬泛，但由于煤炭材料中提出來的相關(guān)化合物、衍生物等在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用過程中，對(duì)于管道等各種設(shè)備具有很強(qiáng)的腐蝕、高溫傷害，造成設(shè)備和相關(guān)設(shè)施的使用壽命銳減。而應(yīng)用不銹鋼復(fù)合板能夠很好地提升設(shè)備的抗腐蝕能力，延長(zhǎng)設(shè)備的使用期限，減少企業(yè)的建設(shè)資源消耗[2]。

讓不銹鋼復(fù)合板替換純不銹鋼板，極大地減少設(shè)備的成本，還能夠?qū)υO(shè)備的性能做好保障。不銹鋼復(fù)合板可以用于脫硫塔、蒸氨塔、脫苯塔等建設(shè)環(huán)節(jié)中;而且本身的生產(chǎn)成本更低、耐腐蝕;以脫苯塔為例，采用不銹鋼復(fù)合板替代純不銹鋼板，能夠使成本下降約30%。

復(fù)合板磨、抗磁的性能以及外表美觀等特點(diǎn)。如使用蒸氨塔，可以提高蒸氨塔的使用壽命，降低運(yùn)行成本;而且其本身具有很好的抗腐蝕性，能夠應(yīng)用于蒸氨設(shè)備。

不銹鋼復(fù)合板在很多設(shè)備的制造、升級(jí)、改造中可以進(jìn)行廣泛地應(yīng)用，能夠有效地提升設(shè)備的使用壽命，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，降低企業(yè)的運(yùn)行成本。圖3為市場(chǎng)中常見的不銹鋼復(fù)合板。

三、不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接中常見的問題

（一）坡口形狀不合理

在不銹鋼復(fù)合板的焊接過程中，不管是爆炸復(fù)合板的生產(chǎn)工藝，還是熱軋復(fù)合板的生產(chǎn)工藝，在生產(chǎn)的過程中，都要保證在焊接時(shí)坡口形狀的合理性[3]。在進(jìn)行焊接的過程中，如果焊接的坡口形狀不合理，就會(huì)導(dǎo)致焊接縫熔合比提高，碳鋼基板和不銹鋼板的復(fù)合稀釋率與正常相比有了極大的提升。進(jìn)而使不銹鋼復(fù)合板焊接形成馬氏體組織（三維組織形態(tài)通常有片狀或者板條狀），導(dǎo)致不銹鋼復(fù)合板過渡層出現(xiàn)裂紋等缺陷，對(duì)不銹鋼復(fù)合板的質(zhì)量造成影響。

（二）基層和復(fù)層在坡口邊緣張口

在不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接過程中，要準(zhǔn)確把控碳鋼基板和不銹鋼的覆蓋效果，以及兩種材料的膨脹效果。由于碳鋼基板和不銹鋼板兩種材料的線膨脹系數(shù)明顯不同，雖然差距并不是太大，但也存在明顯的差異。在焊接熱循環(huán)的影響下，基層和復(fù)層之間的中，存在極大的內(nèi)應(yīng)力，而內(nèi)應(yīng)力的外放，和可能造成基層和復(fù)層在坡口邊緣出現(xiàn)張口情況[4]。而在基層和復(fù)層在坡口邊緣出現(xiàn)張口后，進(jìn)行焊接工作時(shí)，焊錫在熱力的作用下就會(huì)迸濺，在不銹鋼復(fù)合板的邊緣張口處形成夾渣，對(duì)不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用性能造成嚴(yán)重的損害。存在這種問題的不銹鋼復(fù)合板絕對(duì)不可以應(yīng)用于一些設(shè)備的生產(chǎn)建設(shè)中，否則很可能會(huì)造成不銹鋼復(fù)合板的基層和復(fù)層出現(xiàn)分離現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故。

（三）焊接方法不正確

焊接方法是影響不銹鋼復(fù)合板過渡層應(yīng)用質(zhì)量的重要因素。在不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接過程中，焊工如果沒有按照相關(guān)的焊接工藝參數(shù)規(guī)定，對(duì)不銹鋼復(fù)合板過渡層進(jìn)行焊接工作，對(duì)于焊接過程中焊接電流的控制不足，出現(xiàn)焊接電流過載的情況，和可能會(huì)導(dǎo)致基層對(duì)過渡層形成稀釋，造成不銹鋼復(fù)合板過渡層存在馬氏體組織[5]。在焊接的時(shí)，工作人員的具體技術(shù)水平也影響焊接質(zhì)量的重要因素，如果焊接工作人員，在進(jìn)行焊接的過程中，如果焊速過慢或者焊條不穩(wěn)定，都可能增大基層的稀釋效果，造成不銹鋼復(fù)合板存在馬氏體組織。

（四）焊接材料選用不當(dāng)

在不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接中，應(yīng)用材料的選取，也是影響不銹鋼復(fù)合板過渡層質(zhì)量的關(guān)鍵。在不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接的過程中，如果使用鉻鎳含量較低的焊條，會(huì)造成過渡層出現(xiàn)基層稀釋，導(dǎo)致熔敷金屬中產(chǎn)生馬氏體組織，導(dǎo)致不銹鋼復(fù)合板過渡層出現(xiàn)裂紋等其他缺陷，對(duì)過渡層的質(zhì)量造成影響。

四、不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接質(zhì)量控制的相關(guān)策略

（一）使用正確、合理的坡口

不銹鋼復(fù)合板過渡層坡口形式不合理，都會(huì)對(duì)焊接工作造成嚴(yán)重的影響，對(duì)過渡層的質(zhì)量也具有極大的影響。因此，為了提升不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接質(zhì)量，在進(jìn)行焊接工作前，一定要保證坡口形式的正確性，保證材料的合格率，盡可能地減少材料的返修次數(shù)。在進(jìn)行碳鋼基板和不銹鋼板進(jìn)行選擇時(shí)，相關(guān)工作人員一定要保障材料的形狀、質(zhì)量等方面能夠符合相應(yīng)的需求標(biāo)準(zhǔn)，保障產(chǎn)品的質(zhì)量。

具體保障方法為：從坡口設(shè)計(jì)上充分考慮材料化學(xué)成分的稀釋問題，以及坡口形式、尺寸等參數(shù)的選擇，要最大程度的保障過渡層焊縫金屬的稀釋率，減少熔合比。結(jié)合以上的相關(guān)參考移速，最終將坡口的詳實(shí)確定為階梯V型坡口。在應(yīng)用時(shí)坡口要形成一個(gè)明顯的臺(tái)階形式，在進(jìn)行焊接工作時(shí)，要注意對(duì)不銹鋼板和碳鋼基板進(jìn)行調(diào)整，保障焊接能夠很好的契合基層，以及過渡層焊縫高度等影響因素[6]。應(yīng)用階梯V型坡口能夠給有利于進(jìn)行焊接電流控制，可以有效地調(diào)控熔合比，避免碳鋼基層與焊縫金屬出現(xiàn)。

（二）采用階梯V型坡口

不銹鋼復(fù)合板過渡層的基層與復(fù)層在坡口邊緣出現(xiàn)張口，是影響過渡層焊接質(zhì)量的重要因素。應(yīng)用階梯V型坡口，能夠有效地控制復(fù)層邊緣遠(yuǎn)離焊縫中心。并減少了溫度問題對(duì)焊接工作造成的影響。能夠很好地避免在基層焊接過程中，不銹鋼復(fù)合板反復(fù)受熱出現(xiàn)的不銹鋼復(fù)層張口情況，避免過渡層在焊接的過程中出現(xiàn)夾渣現(xiàn)象。

（三）嚴(yán)格按照箱子相應(yīng)的操作規(guī)范進(jìn)行

在焊接的過程中，相關(guān)焊接工作人員，在保障不銹鋼復(fù)合板質(zhì)量、熔合良好的前提下，盡可能地選用較小的焊接電流和較快的焊速。較小的焊接電流能夠方便焊接工作人員對(duì)于焊接電流進(jìn)行有效地控制。而較快的焊速能夠使過渡層焊接的過程中，產(chǎn)生的焊渣，以及其中的鎳鉻等金屬量不會(huì)過多，造成不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接的部位坑坑洼洼，對(duì)焊接造成影響，并減少基層焊縫（母材）對(duì)過渡層焊縫的稀釋[7]。在不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接工作中，應(yīng)用較少的熱輸入，并選用較低的層間溫度，選擇弧多層多道快速焊接的方法。與此同時(shí)，焊接工作人員在進(jìn)行焊接的過程中，時(shí)刻保持穩(wěn)定的焊條擺動(dòng)幅度，最大程度的保障焊接工作的質(zhì)量，避免對(duì)不銹鋼復(fù)合板過渡層造成損傷或形成效果較差的焊點(diǎn)。

（四）選用含鎳鉻含量較高的焊材

焊材的選擇是不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接質(zhì)量的重要影響因素，常規(guī)的、鎳鉻含量較少的焊條，很可能會(huì)導(dǎo)致基層出現(xiàn)稀釋情況，對(duì)過渡層的質(zhì)量造成影響。焊接過渡層的目的是為了能夠補(bǔ)償基層金屬的稀釋，而導(dǎo)致的不銹鋼焊縫鎳、鉻元素含量的降低情況，是不銹鋼復(fù)合板焊縫的合金成分能夠保持在應(yīng)有的水平上。與此同時(shí)，對(duì)焊接過程中鎳、鉻等合金元素的灼燒損失情況做出一定的補(bǔ)償，以此來保障焊接接頭的塑形、韌性和耐腐蝕性能。因此，過渡層焊材的選擇應(yīng)從提高焊縫抗裂性、控制焊縫稀釋率的基本原則出發(fā)，選用含鎳、鉻元素含量較高，而且含碳量較低的焊接材料。在不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接中，最為常用的是E309型焊條，E309焊條焊縫易得到奧氏體+鐵素體雙相組織，具有很高的抗裂性能，非常適合用于不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接。

五、不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接的技術(shù)要點(diǎn)

（一）合理的選擇焊接方式

選擇合適的焊接方式是不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接的關(guān)鍵影響因素。在進(jìn)行不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接時(shí)，一般情況下基層碳鋼應(yīng)用焊條電弧焊進(jìn)行焊接。一些直徑大、厚度大的不銹鋼復(fù)合板，基層可以選用埋弧焊?；鶎硬捎寐窕『傅挠泻芏喾矫娴膬?yōu)勢(shì)，例如：提高生產(chǎn)效率、提高焊接質(zhì)量、不會(huì)出現(xiàn)馬氏體組織、節(jié)減少材料和能源的耗費(fèi)[8]。使用頻率最高的不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接方式為焊條電弧焊。

（二）控制錯(cuò)邊量

錯(cuò)邊量是影響不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接質(zhì)量的重要影響因素。在焊接工作中，對(duì)于不銹鋼復(fù)合板過渡層錯(cuò)邊量控制的要求非常高。控制不銹鋼復(fù)合板過渡層的錯(cuò)邊量，使其能夠控制在規(guī)定的容錯(cuò)范圍內(nèi)，是保障不銹鋼復(fù)合板過渡層強(qiáng)度和耐腐蝕性能的一項(xiàng)關(guān)鍵。因此，在進(jìn)行錯(cuò)邊量控制時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

1. 嚴(yán)格按照“筒體下料展開尺寸的精確解”計(jì)算展開長(zhǎng)度，提高下料尺寸的精度。

2. 做好圓度的控制，提高筒節(jié)滾圓質(zhì)量。

3. 坡口形式尺寸標(biāo)注以復(fù)層為基準(zhǔn)，確保錯(cuò)邊量在容錯(cuò)范圍內(nèi)。

4. 環(huán)縫組對(duì)采用“圓環(huán)形徑向找圓工裝”，保證筒體圓度質(zhì)量。

5. 封頭與筒體組對(duì)，確保雙方的圓度，對(duì)封頭周長(zhǎng)和筒體周長(zhǎng)進(jìn)行匹配，對(duì)封頭與筒體進(jìn)行準(zhǔn)確的組對(duì)。

6. 組對(duì)時(shí)以復(fù)層為基準(zhǔn)，避免復(fù)層錯(cuò)邊量超標(biāo)。

（三）焊接要求

為保障不銹鋼復(fù)合板過渡層的綜合性能，在進(jìn)行焊接的過程中，要嚴(yán)格注意相關(guān)要點(diǎn)：

1. 嚴(yán)格按照相對(duì)應(yīng)的圖紙選擇焊接方式，提高不繡鋼復(fù)合板的質(zhì)量。

2. 嚴(yán)格按照先焊接基層，再焊接過渡層，最后焊接復(fù)層的焊接順序。

3. 為避免沾附焊接飛濺，在施焊前需要在不銹鋼復(fù)合板坡口的兩側(cè)100毫米處涂刷防飛濺涂料。

4. 定位焊縫只能夠在基層金屬面上使用焊接基層金屬的電焊條施焊。

六、結(jié)論

綜上所述，隨著我國(guó)工業(yè)建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)于不銹鋼復(fù)合板的應(yīng)用范圍也越來越廣泛，在實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)生的不銹鋼復(fù)合板過渡層焊接質(zhì)量控制問題也越來越多。為了保障不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接質(zhì)量，降低焊接返修率，應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)工作要點(diǎn)和規(guī)范等，不斷提高不銹鋼復(fù)合板過渡層的焊接質(zhì)量。

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通訊作者：張小飛，1980年12月，男，漢族，河北石家莊人現(xiàn)任天津博邁科海洋工程有限公司建造經(jīng)理，工程師，大專，自考學(xué)歷本科。研究方向：海工項(xiàng)目建造。