CN112008194A

CN112008194A - 一种复合钢板的焊接工艺

Info

Publication number: CN112008194A
Application number: CN202010860376.5A
Authority: CN
Inventors: 张雷; 陶勇诚; 陶晓燕; 曹晓东; 郑翼泽; 朱益
Original assignee: JIANGSU YANXIN SCI-TECH CO LTD
Current assignee: JIANGSU YANXIN SCI-TECH CO LTD
Priority date: 2020-08-25
Filing date: 2020-08-25
Publication date: 2020-12-01

Abstract

本发明涉及一种复合钢板的焊接工艺，包括以下步骤：（a）钢板下料；（b）坡口加工；（c）坡口清理及板材组合；（d）正面基层打底焊接；（e）正面基层填充焊接；（f）背面基层填充盖面焊接；（g）过渡层焊接；（h）复层焊接。合理的焊接顺序避免了复层母材出现渗碳现象，满足了复合层晶间腐蚀的要求，保证了焊缝质量；所施焊焊缝各焊层熔合良好，未出现裂纹、气孔、夹渣、未熔等缺陷。

Description

一种复合钢板的焊接工艺

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种复合钢板的焊接工艺。

背景技术

近些年来压力容器制造中以不锈钢复合钢板为材质的产品越来越多，在石油化工行业中运用也越来越广泛。复合钢板即满足了产品对耐腐蚀性的要求，又兼顾普通钢低价位，可谓是一举两得。但与单一材质相比，过渡层与复层的焊接要求更加复杂和严格。本文所述的复合钢板是由低合金钢与不锈钢两种材料爆炸的方法复合而成，一般基层较厚，复合层不锈钢较薄。焊接时有它的特殊性要求。基层在焊接后焊接接头要达到产品所需的强度，复层的焊接接头要满足介质对其材质的抗腐蚀要求。焊接基层时尽量避免Cr、Ni等化学元素发生增高，因为Cr、Ni在焊接接头内含量过高会使焊缝强度产生较大变化，因而产生焊接裂纹等缺陷。复层焊接时要避免低合金钢焊条向不锈钢内发生渗碳，这会使不锈钢复层碳原子含量增加而导致抗腐蚀大大降低。因而会影响产品的使用寿命。

另外基层和复合层材质在母材分类上不属于同一类别号的钢，所以这就决定了两种钢的化学成分差别较大，力学性能等差之甚远。这就给焊接带来了很多的不利因素，如：各自钢中的化学成分会在焊接时互相渗透；过渡层中会产生渗碳；淬硬物也会在焊缝内生成；焊接后的残余应力也会变大。所以要针对复合钢板的特殊性，制定出符合其特殊要求的焊接工艺。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种复合钢板的焊接工艺，焊接坡口角度小，焊接时焊材金属填充量少；采用小的焊接电流，快速焊，多层多道焊，从而减少焊接热输入及焊接变形，降低了焊接应力；合理的焊接顺序避免了复层母材出现渗碳现象，满足了复合层晶间腐蚀的要求，保证了焊缝质量；所施焊焊缝各焊层熔合良好，未出现裂纹、气孔、夹渣、未熔等缺陷。

本发明的目的是这样实现的：

1.一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（a）钢板下料：从基层表面开料；

（b）坡口加工：采用切割机将复合板加工成双U坡口，切割时从基层处开始切割；

（c）坡口清理及板材组合：切割完成后用砂轮机将坡口表面杂质及热影响区清除干净，然后将复合钢板以对接的方式组对好，两板之间间隙为1～2mm；

（d）正面基层打底焊接：在双U坡口的上下坡口贯通处进行焊接；

（e）正面基层填充焊接：在基层打底焊的正面进行填充焊；

（f）背面基层填充盖面焊接：在基层打底焊的背面碳弧气刨清根，并用抛光机打磨至露出金属光泽，然后对该面基层进行多道填充盖面焊接；

（g）过渡层焊接；

（h）复层焊接。

优选的，步骤d中焊材为J507焊条，焊接电流100～120A，焊接电压20～26V，焊接速度8～12cm/min。

优选的，步骤e中焊材为J507焊条，焊接电流120～160A，焊接电压20～26V，焊接速度15～20cm/min。

优选的，步骤f中焊材为J507焊条，焊接电流120～140A，焊接电压20～26V，焊接速度15～20cm/min。

优选的，步骤g中焊材为A302焊条，焊接电流130～150A，焊接电压20～27V，焊接速度15～17cm/min。

优选的，步骤h中焊材为A102焊条，焊接电流90～100A，焊接电压18～20V，焊接速度8～10cm/min。

优选的，所述双U坡口的上下坡口角度为12°，坡口钝边2mm。

优选的，每层焊缝厚度要控制在4mm-5mm。

优选的，复层焊接前，严格清除焊完过渡层后留下的熔渣、飞溅及其它表面残留物，层间温度要控制在150℃以下，焊完一层后要检验焊接表面是否有缺陷，无缺陷后方可焊接下一层。

本发明的有益效果是：

1.选用了双U型小角度焊接坡口，这种焊接坡口与其他焊接口相比较有以下优点：①焊材金属填充量少，减少焊材消耗，节约生产成本。②采用小的焊接电流，快速焊，多层多道焊，从而可以有效减少焊接中的线能量热输入，使焊接变形小，焊缝成形美观。③降低了焊接应力，避免焊接裂纹发生；

2.合理的焊接顺序避免了复层母材出现渗碳现象，满足了复合层晶间腐蚀的要求，保证了焊缝质量；

3.采用本发明的焊接工艺操作简单明了、节省工时、焊接质量稳定性好；所施焊焊缝各焊层熔合良好，未出现裂纹、气孔、夹渣、未熔等缺陷。

附图说明

图1为复合钢板对接坡口型式图。

图2为焊缝层数显意图。

具体实施方式

本发明涉及一种复合钢板的焊接工艺，包括以下步骤：

（a）钢板下料：从基层表面开料；

（d）正面基层打底焊接：在双U坡口的上下坡口贯通处进行焊接；焊材为J507焊条，焊接电流100～120A，焊接电压20～26V，焊接速度8～12cm/min。

（e）正面基层填充焊接：在基层打底焊的正面进行填充焊；焊材为J507焊条，焊接电流120～160A，焊接电压20～26V，焊接速度15～20cm/min。

（f）背面基层填充盖面焊接：在基层打底焊的背面碳弧气刨清根，并用抛光机打磨至露出金属光泽，然后对该面基层进行3-5道填充盖面焊接；焊材为J507焊条，焊接电流120～140A，焊接电压20～26V，焊接速度15～20cm/min。

正面基层焊接完成后没有直接焊过渡层与复层，而是直接焊接背面的基层，此焊接顺序是为了避免基层焊条中的碳原子渗透到复层不锈钢板中，造成焊缝抗腐蚀能力下降和出现裂纹。另外此种焊接顺序也是焊接反变形的一种方法，可以防止焊接应力过度集中一个面上，降低焊接应力及焊接变形发生。

（g）过渡层焊接：焊材为A302焊条，焊接电流130～150A，焊接电压20～27V，焊接速度15～17cm/min。

（h）复层焊接：焊材为A102焊条，焊接电流90～100A，焊接电压18～20V，焊接速度8～10cm/min。

所述双U坡口的上下坡口角度为12°，坡口钝边2mm，坡口钝边将上下坡口相互贯通。

实施例：

下面用两块复合钢板对焊做为焊接实例进一步阐述。试板材质为Q354R+06Cr19Ni10，长600mm、宽125mm、厚（16+3）mm。

1.焊前试板下料准备

（1）钢板下料时严禁从复层表面开料。要在基层表面划线。要注意硬物碰伤表面。

（2）如采用火焰切割下料时，复层面务必要面向地面，基层面向上。切割时要从基层处开始，切割完成后要用砂轮机将火焰切割时产生的热影响区清除干净。焊接坡口要用机加工进行，不可用火焰切割坡口。加工后的坡口表面不得有裂纹等缺陷。

（3）坡口两侧各20mm范围内外表面要清理干净，不得留有油漆、锈迹等杂物等之后方可以拼接坡口。复层处的坡口焊前要有保护措施，防止焊接过程式中有焊渣飞入复层处。拼接后的两坡口间隙在2mm。

2.焊材选用

不锈钢复合钢板的焊接为异种钢焊接，其焊层由基层、过渡层、复层三部分组成，因此所选用的焊条需满足这三层焊接的性能要求。

（1）基层焊材选用

基层材质为Q345R，抗拉强度为345-510MPa，J507强度级别为490MPa，所以J507用于基层焊接可以满足要求。

（2）过渡层焊材选用

焊接基层Q345R时，熔化后的熔敷金属会稀释复层不锈钢材质，为避免这一情况发生，保证不锈钢区有足够的铬、镍含量，来满足有较好的抗腐蚀能力，则需选用比复层不锈钢铬、镍含量更高的A302焊条，以此弥补焊接过程中铬、镍的损失。

（3）复层焊材选用

复层焊接所用的焊条则选用化学成分与复层不锈钢化学成分相近的A102焊条。

3.焊接技术要求

（1）准备好ZX5-400焊机、焊条J507、A302、A102、碳弧气棒、抛光机、砂轮机等器具。

（2）焊接时要先焊基层Q345R，焊第一层电流不宜过大，选用小电流，严禁将焊接Q345R材质的熔敷金属熔入进复层里。

（3）过渡层焊接完毕后按NB/T47013.5-2015进行100%PT检测合格后方可焊复层。

（4）在焊复层不锈钢材质前需检查坡口表面是否有杂物。

（5）按图1所示组对好坡口。然后用焊条焊接一面基层母材1～2层，背面碳弧气刨清根后，再施焊另一面基层母材3～5层；基层焊接完成后焊接过渡层6，最后焊接复层7。工艺参数如表一：

表一焊接工艺参数表

（6）为降低过渡层中的碳渗透入复层中，所以焊接过渡层第一层时电流要小，直流反接。

（7）为确保复层焊接合格，采用直径为3.2mm的焊条，为防止焊接变形，要采用小电流，多层焊，且每层焊缝厚度要控制在4mm-5mm。

（8）复层焊接时，严格清除焊完过渡层后留下的熔渣、飞溅及其它表面残留物，层间温度要控制在150℃以下，焊完一层后要检验焊接表面是否有缺陷，无缺陷后方可焊接下一层。

（9）无损检测要求：全部焊接完成后对焊缝进行100%射线检测，按NB/T47013.2-2015，RT(Ⅱ)合格。

（10）焊缝的力学性能检测依据标准NB/T47014-2011要求，拉力、弯曲、冲击试样合格。见表二。

表二拉力、弯曲、冲击试验数据表

从表2可知，焊缝的拉力试验方法按标准GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验》检测了2个全厚度拉力试样，其抗拉强度值分别为570MPa、586MPa，均大于基层母材抗拉强度下限值510MPa与复层不锈钢母材抗拉强度下限值520MPa，试验结果符合标准NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》附录C第C.2.5的 a)要求，试样合格。

焊缝的弯曲试验方法按标准GB/T2653-2008《焊接接头弯曲试验方法》检测了4个侧弯试样，当试样弯曲到规定角度后，其拉伸面上的焊缝和热影响区内，任意方向未出现长度大于3mm的开口缺陷以及其他型式的缺陷，试验结果符合标准NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》附录C第C.2.5的b)要求，试样合格。

焊缝的冲击试验方法按标准GB/T229-2007《金属材料夏比摆捶冲击试验方法》对焊缝检测了6个冲击试样，冲击功值均≥31（J）。试验结果符合标准NB/T47014-2011《承压设备焊接工艺评定》附录C第C.2.5的c)要求，试样合格。

（11）对焊缝进行晶间腐蚀性测试，见表三，焊缝的晶间腐蚀性能依据GB/T4334-2008标准合格。

表三晶间腐蚀性测试表

除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：包括以下步骤：

（a）钢板下料：从基层表面开料；

（e）正面基层填充焊接：在基层打底焊的正面进行填充焊；

（g）过渡层焊接；

（h）复层焊接。

2.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：步骤d中焊材为J507焊条，焊接电流100～120A，焊接电压20～26V，焊接速度8～12cm/min。

3.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：步骤e中焊材为J507焊条，焊接电流120～160A，焊接电压20～26V，焊接速度15～20cm/min。

4.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：步骤f中焊材为J507焊条，焊接电流120～140A，焊接电压20～26V，焊接速度15～20cm/min。

5.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：步骤g中焊材为A302焊条，焊接电流130～150A，焊接电压20～27V，焊接速度15～17cm/min。

6.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：步骤h中焊材为A102焊条，焊接电流90～100A，焊接电压18～20V，焊接速度8～10cm/min。

7.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：所述双U坡口的上下坡口角度为12°，坡口钝边2mm。

8.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：每层焊缝厚度要控制在4mm-5mm。

9.根据权利要求1所述的一种复合钢板的焊接工艺，其特征在于：复层焊接前，严格清除焊完过渡层后留下的熔渣、飞溅及其它表面残留物，层间温度要控制在150℃以下，焊完一层后要检验焊接表面是否有缺陷，无缺陷后方可焊接下一层。