CN112222653A - 一种层状双金属复合板的焊接方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料焊接技术领域，具体涉及一种层状双金属复合板的焊接方法，包括如下步骤：(1)层状双金属复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为不锈钢层；然后开基层的V型坡口和复层的V型坡口，将层状双金属复合板对接；(2)采用激光‑电弧复合焊从复层一侧对复层的V型坡口和钝边施焊，形成连接焊缝和复层焊缝；(3)采用埋弧焊从基层一侧对基层焊缝施焊，形成基层焊缝。本发明通过合理的坡口设计和焊接工艺匹配，实现层状双金属复合板基层与复层的焊接，焊缝质量好，焊接效率高，易实现自动化生产，具有广泛的市场前景。

Description

一种层状双金属复合板的焊接方法
技术领域
本发明属于复合材料焊接技术领域，具体涉及一种层状双金属复合板的焊接方法。
背景技术
双金属复合材料因其优越的的力学性能、良好的耐蚀性能，可以节约大量贵重金属，从而降低成本、节约材料，将在石油化工、烟气脱硫、化工、环保等工业领域中得到广泛的应用。
不锈钢复合管是近年来在输水、热力等民用管道市场逐步获得广泛认可的一种经济型新产品，可有效克服熔结环氧(FBE)、水泥砂浆内衬及塑料衬里钢管的诸多缺点。由于基层碳钢与覆层不锈钢为冶金结合，不会形成空腔和长时间服役后的防腐层脱落；适合管径范围大，不需要现场内补口；覆层为不锈钢，非常适用城市热力管道等高温介质，是未来比较有发展前景的一种管材类型。
2018年10月26日公开的公布号为CN108705200A的中国发明专利，专利名称为一种不锈钢内衬复合板的焊接方法，该方法采用双V型坡口，通过激光+埋弧焊+TIG的方法解决了基层焊缝耐腐蚀性的问题，但TIG焊接效率低，无法满足在线生产需要，且一次熔覆量小，需要采用多层多道焊，层间处理工作量大，对于管径较小的钢管无法实现内焊层间处理。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种层状双金属复合板的焊接方法，该焊接方法可实现双金属复合板的冶金焊接，焊缝性能优异，焊接效率高，易实现自动化生产。
本发明的实现过程如下：
一种层状双金属复合板的焊接方法，包括如下步骤：
(1)层状双金属复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为不锈钢层；然后开基层的V型坡口和复层的V型坡口，将层状双金属复合板对接；
(2)采用激光-电弧复合焊从复层一侧对复层的V型坡口和钝边施焊，形成连接焊缝和复层焊缝；
(3)采用埋弧焊从基层一侧对基层焊缝施焊，形成基层焊缝。
进一步，步骤(1)中，所述基层厚度为4～50mm，复层厚度为0.2～3mm。
进一步，步骤(1)中，基层的V型坡口的高度为0～10mm，坡口角度为40～90°；复层的V型坡口的高度为0～5mm，底部宽度为0～5mm，坡口角度为40～120°。
进一步，步骤(2)中，激光-电弧复合焊工艺中的电弧焊接工艺为熔化极气体保护焊工艺，其中保护气体为氩气，激光-电弧复合焊工艺中的激光焊不填丝。
进一步，步骤(3)中，埋弧焊采用双丝焊。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用双V型坡口，坡口形式简单，易于加工；基层采用埋弧焊焊接，焊缝性能优良且工艺成熟稳定；采用激光焊进行连接焊缝焊接，既能保证焊透，又能避免基层与复层焊缝重合，导致基层焊缝合金元素超标；激光焊缝窄的优点，减小了复层焊缝熔覆量，提高了生产效率；激光-电弧复合焊的工艺，通过激光焊接稳定电弧，使复层获得更好的成型效果，避免了复层焊接前的对下层的打磨清理工作，且复层一次性焊接成型，适合在线生产。
(2)本发明通过合理的坡口设计和焊接工艺匹配，实现层状双金属复合板基层与复层的焊接，焊缝质量好，焊接效率高，易实现自动化生产，具有广泛的市场前景。
附图说明
图1为本发明的不锈钢复合板坡口示意图；
图2为本发明的不锈钢复合板焊接焊缝示意图；
图中，1-基层、2-复层、3-基层焊缝、4-连接焊缝、5-复层焊缝。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
本实施例中，以(1+18)mm的304/X65双金属复合板材为例进行焊接，焊接试板尺寸180×600mm。
(1)对焊接试板开双V型坡口，具体尺寸如图1所示：基层为碳钢层，所述碳钢层材质为X65，厚度为18mm，复层为不锈钢层，不锈钢层材质为304，厚度为1mm，所述基层侧的V型坡口高度为6mm，坡口角度为75°，所述复层侧的V型坡口高度为0.5mm，底部宽度1mm，坡口角度为60°。
(2)将焊接试板对接，采用激光-电弧复合焊从复层侧对复层V型坡口和钝边施焊，形成激光焊连接焊缝和电弧焊复层焊缝，见图2。激光焊不填丝，电弧焊采用熔化极气体保护焊，焊丝型号为308，直径1.2mm，保护气体为纯氩气，焊接参数如下表所示。
表1 激光焊焊接参数
离焦量(mm) 功率(kw) 焊接速度(m/min) 光斑直径(mm)
-4 10 1.3 0.2
表2 电弧焊焊接参数
Figure BDA0002734118110000031
(3)采用埋弧焊对基层侧V型坡口施焊，形成基层焊缝，见图2。焊接采用双丝焊，焊丝牌号为H08E,规格为Φ4.0mm，焊剂牌号为SJ101G2，焊接参数如表3所示。
表3 基层外焊焊接参数
Figure BDA0002734118110000032
(4)对焊缝进行无损和射线检测，未发现缺陷。对焊缝开展力学性能检测，结果如下表所示。
表5 焊缝性能检测结果
Figure BDA0002734118110000033
实施例2
本实施例所述层状双金属复合板的焊接方法，包括如下步骤：
(1)层状双金属复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为不锈钢层，所述基层厚度为4mm，复层厚度为0.2mm；基层和复层坡口高度均为0mm，将层状双金属复合板对接；
(2)采用激光-电弧复合焊从复层一侧对钝边施焊，形成连接焊缝和复层焊缝，其中，激光-电弧复合焊工艺中的电弧焊接工艺为熔化极气体保护焊工艺，其中保护气体为氩气，激光-电弧复合焊工艺中的激光焊不填丝；
(3)采用埋弧焊从基层一侧对基层焊缝施焊，形成基层焊缝，其中，埋弧焊采用单丝焊。
实施例3
本实施例所述层状双金属复合板的焊接方法，包括如下步骤：
(1)层状双金属复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为不锈钢层，所述基层厚度为50mm，复层厚度为3mm；然后开基层的V型坡口和复层的V型坡口，基层的V型坡口的高度为10mm，坡口角度为90°；复层的V型坡口的高度为5mm，底部宽度为5mm，坡口角度为90°，将层状双金属复合板对接；
(2)采用激光-电弧复合焊从复层一侧对复层的V型坡口和对接处施焊，形成连接焊缝和复层焊缝，其中，激光-电弧复合焊工艺中的电弧焊接工艺为熔化极气体保护焊工艺，其中保护气体为氩气，激光-电弧复合焊工艺中的激光焊不填丝；继续采用电弧焊接填充复层坡口，直至填满。
(3)采用埋弧焊从基层一侧对基层焊缝施焊，形成基层焊缝，其中，埋弧焊采用四丝焊。
实施例4
本实施例所述层状双金属复合板的焊接方法，包括如下步骤：
(1)层状双金属复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为不锈钢层，所述基层厚度为50mm，复层厚度为3mm；然后开基层的V型坡口和复层的V型坡口，基层的V型坡口的高度为10mm，坡口角度为40°；复层的V型坡口的高度为5mm，底部宽度为5mm，坡口角度为120°，将层状双金属复合板对接；
(2)采用激光-电弧复合焊从复层一侧对复层的V型坡口和对接处施焊，形成连接焊缝和复层焊缝，其中，激光-电弧复合焊工艺中的电弧焊接工艺为熔化极气体保护焊工艺，其中保护气体为氩气，激光-电弧复合焊工艺中的激光焊不填丝；继续采用电弧焊接填充复层坡口，直至填满。
(3)采用埋弧焊从基层一侧对基层焊缝施焊，形成基层焊缝，其中，埋弧焊采用四丝焊。
实施例5
本实施例所述层状双金属复合板的焊接方法，包括如下步骤：
(1)层状双金属复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为不锈钢层，所述基层厚度为50mm，复层厚度为3mm；然后开基层的V型坡口和复层的V型坡口，基层的V型坡口的高度为10mm，坡口角度为40°；复层的V型坡口的高度为5mm，底部宽度为5mm，坡口角度为40°，将层状双金属复合板对接；
(2)采用激光-电弧复合焊从复层一侧对复层的V型坡口和对接处施焊，形成连接焊缝和复层焊缝，其中，激光-电弧复合焊工艺中的电弧焊接工艺为熔化极气体保护焊工艺，其中保护气体为氩气，激光-电弧复合焊工艺中的激光焊不填丝；继续采用电弧焊接填充复层坡口，直至填满。
(3)采用埋弧焊从基层一侧对基层焊缝施焊，形成基层焊缝，其中，埋弧焊采用四丝焊。
本发明所述激光-电弧复合焊工艺参考文献：
石庭深、朱加雷、焦向东、孟庆晨、冯艳鹏、张永明，×80管线钢激光电弧复合焊接数值分析[J].电焊机，第46卷第2期，2016:78-81.
(英)D S Howse，R J Scudamore，G S Boot.Yb光纤激光-MAG复合焊接工艺在管道焊接中的发展[J].世界钢铁，2008年第1期，65-69.
上述实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非对发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (5)

1.一种层状双金属复合板的焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)层状双金属复合板包括基层和复层，基层为碳钢层，复层为不锈钢层；然后开基层的V型坡口和复层的V型坡口，将层状双金属复合板对接；
(2)采用激光-电弧复合焊从复层一侧对复层的V型坡口和钝边施焊，形成连接焊缝和复层焊缝；
(3)采用埋弧焊从基层一侧对基层焊缝施焊，形成基层焊缝。
2.根据权利要求1所述层状双金属复合板的焊接方法，其特征在于：步骤(1)中，所述基层厚度为4～50mm，复层厚度为0.2～3mm。
3.根据权利要求1所述层状双金属复合板的焊接方法，其特征在于：步骤(1)中，基层的V型坡口的高度为0～10mm，坡口角度为40～90°；复层的V型坡口的高度为0～5mm，底部宽度为0～5mm，坡口角度为40～120°。
4.根据权利要求1所述层状双金属复合板的焊接方法，其特征在于：步骤(2)中，激光-电弧复合焊工艺中的电弧焊接工艺为熔化极气体保护焊工艺，其中保护气体为氩气，激光-电弧复合焊工艺中的激光焊不填丝。
5.根据权利要求1所述层状双金属复合板的焊接方法，其特征在于：步骤(3)中，埋弧焊采用双丝焊。
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