Q345R+S30408复合钢板的焊接工艺

材料分为碳素钢、普通低合金钢、耐热低合金钢类型，如Q235B、Q245R、Q345R、l5CrMoR等；复层材质分为奥氏体不锈钢、铁素体-马氏体不锈钢类型，如S31603、S11306、S30408等，复层厚度范围为一般2 ～6mm。不锈钢复合钢板既可以取代某些环境下的纯不锈钢结构，又能达到防腐和降低造价的目的。但由于复合钢板是爆炸焊成形的，基层与复层的分子之间结合既不同于基层的性能又不同于复层的性能，所以，这种机械结合显然不能同原子之间的结合相比， 因而用它来制造压力容器，在制造上必然与单纯的基层或复层的制造不同。我厂制造的一台压力容器设备使用的复合钢板材料复层为S30408厚度为4mm，基层为Q345R，厚度为28mm。由于是首次使用该钢材，在查阅了大量的相关资料的基础上，并通过焊接工艺评定试验，制订出了合理的焊接工艺。

【关键词】Q345R+S30408；复合钢板；焊接工艺

1 不锈钢复合钢板的焊接特点

不锈钢复合钢板的基层主要满足结构强度和刚度的要求，复层满足耐蚀、耐磨等特殊性能的要求。由于基层与复层是由两种化学成分、力学性能差别很大的金属复合而成，焊接时应对基层和复层分别进行焊接。而过渡层的焊接属于异种钢的焊接，其焊接性能要兼顾基层和复层两种钢材的性能。如果焊材或焊接工艺参数选择不当，往往在基层焊接时可能熔化不锈钢复层使合金元素渗入，而导致基层组织严重脆化，塑性和韧性下降，甚至产生裂纹。在复层焊接时，可能会造成焊缝严重稀释，降低其塑性及抗晶间腐蚀性能。根据焊接实践经验：过渡层的焊材必须采用高铬、高镍不锈钢焊材，才能在正常焊接参数下得到双相组织的焊缝， 避免大量马氏体组织的产生，防止产生焊接冷裂纹。同时要严格控制焊接热输入，使碳钢或低合金钢基层一侧的熔深较浅，以减少焊缝金属的稀释和基层合

金化。

总之，为防止出现上述两种不良后果，基层和复层的焊缝金属不能相互影响，在基层和复层材料之间必须采用过渡层的方法。不锈钢复合板的焊接分三部分进行，基层的焊接、复层的焊接及过渡层的焊接。基层的焊接和复层的焊接属于同种材料的焊接，工艺比较成熟；过渡层的焊接则是异种材料的焊接，是确保不锈钢复合板焊接质量的关键， 也是复合板焊接难度较大的区域。

2焊接工艺

2.1焊接材料的选择

为提高生产效率，基层采用埋弧自动焊，考虑到复层与过渡层焊接厚度薄，手工电弧焊操作灵活、对母材稀释率小，故复层与过渡层均采用手工电弧焊焊接。基层焊材可按强度选用，保证焊缝强度不低于母材；复层焊材按不锈钢选用，焊缝耐蚀性不低于母材，过渡层焊接一般选用铬镍当量高的奥氏体填充材料，以减少基层对过渡层焊缝的稀释作用。为提高过渡焊缝的抗裂能力，最好使交界处焊缝具有一定的铁素体组织。综上所述， 结合异种钢焊接经验，基层Q345R钢板埋弧焊的焊丝为H10Mn2，焊剂为SJ101，基层施焊时预热温度不低于100℃，焊后不进行焊后热处理。复层的焊条选用A102焊条，过渡层选用A302焊条，复层选用的焊接材料应保证熔敷金属的主要合金元素含量不低于复层母材标准规定的下限值。本设备复层S30408之间采用手工焊，选用与之化学成分相近的A102。过渡层的焊接选用25%Cr～13%Ni型焊条，以保证能补充基层对复层造成的稀释，为同时更好地保证焊接接头的防晶间腐蚀的要求，选用低碳的A302

焊条。

2.2焊前准备

2.2.1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准要求后方可投入生产。

2.2.2焊材的烘干

焊前将J507R焊条进行350℃×1h的烘干、A302及A102焊条进行150℃×1h的烘干，放入保温桶中随用随取，SJ101焊剂使用前进行350℃×2h的烘干。

2.3复合钢板划线下料

复合钢板划线下料时禁止用针及铁器划伤复层（S30408）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，坡口加工采用机械加工。

2.4坡口坡口型式及尺寸间图1

2.5装配焊接

2.5.1焊前装配应以复层（S30408）为基准面，焊缝错边允许量为≤2mm， 组对间隙0～1mm，在装配过程中禁止在复层（S30408）表面引弧和焊接工具夹，如果确实需要，只允许在基层一侧，夹具材料应选用Q345R，用J507R焊条焊接，去除辅助板时应防止损伤基层金属，并将焊接处打磨光滑。

2.5.2定位焊复合板的定位焊焊缝长度为30～ 40mm，间距200～300mm，只允许在基层（Q345R）一侧用J507R焊条进行，点焊时要注意防止虚焊或存在根部未焊透，绝对禁止在复层（S30408）上点固，严防错用焊条。

2.6 焊前清理对基层侧的坡口及两侧各30mm 范围内用砂轮机仔细清理干净直至露出金属光泽，在复层一侧施焊时，对复层表面及坡口侧150mm范围内涂一层防飞溅涂液，已经粘上的飞溅颗粒，必须仔细清除

干净。

2.7焊接工艺

首先在复层一侧的基层处用焊丝牌号为H10Mn2（Φ4.0mm）焊剂牌号为SJ101埋弧焊进行焊接，电流450 ～600A，电压为28 ～34V，焊速40～45cm/min，注意其焊道不得触及和熔化复层，复层侧的基层焊接完毕后，彻底清除过渡层熔渣，并用砂轮机修磨平整，不允许有凹槽及凸起，打磨干净后用A302（Φ4.0mm）焊接过渡层，焊接过渡层时一定要将坡口内的基层金属全部覆盖上，不能有裸露的基层金属直接与复合层相焊，焊接电流160 ～165A，电压22～25V，采用直焊道不摆动快速焊接法，过渡层厚度为a[2～3mm] （基层）+b[1.5～2mm]（复层），焊缝形状保持平滑，防止焊缝中间凸起， 否则应用砂轮机打磨平整、干净后焊接复层，复层焊接采用A102焊条（Φ 4.0mm）焊接，电流160～165A，电压22～25V，焊接速度10～12cm/min，复层（S0408）焊缝余高不得低于母材。内部焊接完毕后用碳弧气刨在外部的基层一侧进行清根，要把未焊透及焊接缺陷（如气孔、夹杂等）刨掉，要求气刨后的刨槽宽度、深度一致，气刨后用磨光机把刨槽内外的渗碳、渗铜、氧化层等磨掉，清理干净， 用埋弧焊进行盖面，焊丝牌号为H10Mn2（Φ4.0mm）焊剂牌号为SJ101，电流为600～650A，电压为34 ～36V，焊速40～45cm/min。

注意：

（1）焊前若发现不锈钢复合钢板有分层现象，不允许进行焊接。如果在焊接坡口边缘有分层，会导致钢板复层和基层之间焊合不良。此时必须将不锈复合钢板全部进行无损检测，如判断其分层范围很小，可以彻底铲除分层进行焊补（即堆焊），修复后才能进行正式焊接。

（2）复层表面划伤深度在0.2～0.5mm 时必须进行修复，>0.5mm时需进行修补，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。

（3）焊接时应注意引弧和熄弧的质量，收弧应将弧坑填满，以免产生弧坑裂纹，多层焊时的层间接头应错开。

（4）对复层、基层和过渡层所用的三种焊接材料分别做出明显标记，严格区分，防止混淆。绝对禁止用焊接基层的焊接材料焊接过渡层或焊接复层；同样也要防止焊接复层的焊接材料用错在焊接基层或过渡层的焊缝上。

（5）过渡层采用焊条电弧焊，在保证焊透的情况下，为了减少合金元素的稀释，希望熔合比小一些，尽可能采用小的焊接电流、快速焊、焊条不允许做横向摆动的焊接，复层被熔化的宽度和深度尽量保持均匀一致。

3检验

3.1 基层、过渡层焊接完毕后进行射线探伤，检测比例为各条焊接接头长度的20%，以JB4730.2-2005 《承压设备无损检测》中的Ⅱ级为合格。过渡层、复层焊接接头应进行100% 着色探伤检查，焊接接头表面不得有明显的裂纹、夹渣、气泡等表面缺陷。3.2 设备全部完成并经检验合格后，全部不锈钢内表面焊缝应进行酸洗钝化处理。

4 焊缝的返修当检测出内部不允许的缺陷时应进行返修，因复合钢板的焊接缺陷的深度不易确定，因而返修时分两种情况进行：

4.1 返修时从基层打磨有两种可能4.1.2 缺陷仅存在于基层，去除缺陷后用J507R焊条进行补焊后修磨即可。4.1.3 缺陷处在过渡层或复层，此时应在磨至一定基层深度后早做判断并尽早停止，用J507R焊条修复后再从复层一侧寻找缺陷。待磨到缺陷时将缺陷彻底清除，然后过渡层焊条用（A302） 复层焊条用（A102）采用小电流、小参数进行补焊，注意道间温度不宜过高，然后修磨。

4.2 返修时从复层侧打磨，也存在两种情况

4.2.1 缺陷处于较深的基层，这时应先用J507R焊条适当填充，注意过渡层所处的位置和熔深，在焊接接近过渡层0.5～ 1.5mm时进行打磨，彻底清除溅落在过渡层及复层金属表面的飞溅，着色检查坡口两侧的复层是否因焊接受热出现脱层现象，如有脱层应将局部脱层剥离后用A302焊条堆焊至与复层面齐平，修磨坡口后用着色重新检查，合格后面层用A102焊条修复。4.2.2 缺陷位于过渡层或复层，直接用A102焊条进行补焊，焊后修磨。返修后的焊缝应重新按照JB4730.2 -2005《承压设备无损检测》的要求进行射线检测，Ⅱ级合格。

5 结束语

按照文中所述焊接工艺制造的Q345R+S30408不锈钢复合钢板设备各项性能指标满足要求，设备投用后运行状态良好，证明所述工艺具有一定的先进性和实用性。

参考文献：

[1]NB/T47014-2011承压设备焊接工艺评定

[2]NB/T47015-2011压力容器焊接工程

[3]NB/T47016-2011承压设备产品焊接试件的力学性能检验

[4]GB150-1998钢制压力容器

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