不锈钢复合板焊接的探讨.doc

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1、不锈钢复合钢焊接的探讨隋云明(中国石油天然气第七建设公司山东胶州)摘要：随着石油装置大型化的趋势，出于对制造成本的要求，促使炼油化工设备的制造采用不锈钢复合钢材料。本文针对经常出现的复合钢焊接裂纹产生的原因进行了分析，提出了有针对性的焊接措施，可有效的避免焊接裂纹。关键词：不锈钢复合钢焊接裂纹措施1前言不锈钢复合钢板是由不锈钢与其他钢种(如碳钢、低合金钢等)通过轧制、爆炸等方法复合而成的，这种材料同时具备了复层不锈钢和基层金属的特性。使用不锈钢复合钢板建造炼化设备既保证了设备的实际使用要求，同时又较大的降低了生产

2、成本。随着石油炼化装置大型化的趋势，出于对制造成本的要求，促使炼油化工设备的制造越来越多的使用不锈钢复合钢。不锈钢复合钢板的焊接不仅包括基层和复层的焊接，而且在基层和复层焊缝的交界处还需要进行过渡层的焊接。焊缝位置示意见图1。基层和复层在物理性能、化学成分上存在较大差异。复合钢板焊接接头不但要保证力学性能，而且还要保证所要求的耐蚀性能等。一般情况下应对基层、复层分别进行焊接，焊接材料、焊接工艺等分别按基层、复层来选择。但基层和复层交界处的焊接属于异种金属的焊接，并且形成的过渡层焊缝成分、组织更加复杂。因此不锈钢复

3、合钢焊接的有着较大的难度。焊接裂纹是不锈钢复合钢焊接最主要的缺陷，解决焊接裂纹问题是不锈钢复合钢焊接的关键。图1焊缝位置1基层焊缝2过渡层焊缝3复层焊缝复层基层2焊缝裂纹产生原因分析2.1不锈钢复合钢是由化学成分和物理性能有很大差异、焊接性也有重大差别的两种钢材复合而成的，因而不可能用单一焊材和焊接工艺进行焊接。焊接时，应对基层和复层区别对待。如果单独采用适合于基层的焊材和焊接工艺，则焊接复层时焊缝会出现马氏体组织，不仅力学性能、耐蚀性能等使用性能不能满足材料要求，还容易产生焊接裂纹。如果单采用适合复层的焊接材料

4、焊接，虽然能保证复层的使用性能，但基层则增大了裂纹倾向。因此，在焊接不锈钢复合钢时，力学将基层的焊接尽可能同复层的焊接区分开来。由于基层焊缝对复层焊缝的稀释作用，将降低复层焊缝中的铬镍含量，增加复层焊缝的含碳量，易导致复层焊缝中产生马氏体组织，从而降低焊接接头的塑性和韧性，并影响复层焊缝的所需要的性能。基层焊接时可能熔化不锈钢复层使得合金元素掺入而导致碳钢基层焊缝金属严重硬化和脆化，对冷裂纹极为敏感，易产生裂纹。不锈钢复合板焊接要求基层施焊时不得将基层金属沉积在复层上，复合层金属不允许熔入基层内。2.2由于复合板

5、多为采用爆炸法进行复合的，在复合过程中，因为工艺因素的影响，复合板的四周边缘位置往往是缺陷集中、应力集中的区域，如化学成分不均匀、分层，特别是裂纹集中的地方。而焊缝处在复合板的边缘位置，由于焊接冶金过程的影响，有可能产生焊接裂纹。2.3基层用钢(主要为碳钢、低合金钢)与复层用钢(主要为奥氏体不锈钢)的物理性能有较大差异。由于奥氏体不锈钢的导热系数较低，热膨胀系数较大，焊接接头在冷却过程中，奥氏体钢比基层金属收缩变形大，而基层金属却强烈束缚着过渡层金属的收缩。在焊缝方向上，过渡层受拉应力作用。如果过渡层存在硬脆的马

6、氏体组织，在热应力的作用下，很容易产生裂纹，马氏体组织越多，焊缝裂纹敏感性越强。2.4在焊接时，采用大的线能量焊接，易产生较大的焊接应力，焊接线能量太大，会造成焊接热影响区扩大和使焊缝及焊接热影响区组织晶粒粗化，容易产生淬硬组织，降低焊缝韧性且不利于减少稀释率。在其它因素共同作用下，增大了开裂倾向。2.5过渡层焊缝可有效防止基层焊缝母材的稀释，保证复层焊缝化学成分达到使用要求。对于不锈钢复合钢焊接而言，这是确保接头质量的一个重要方面。焊接过渡层的目的主要是为了补偿由于稀释所引起的合金元素(如铬、镍等)降低，使复层

7、焊缝的合金成分保持应有的水平。过渡层焊接就是较为复杂的异种钢焊接，如果焊材选用不当，就不能保证复层焊缝性能，且可能因此产生裂纹。不锈钢复合钢过渡层的焊接可通过舍夫勒组织图选用焊材，一般选用高铬镍焊材。2.6由于焊工自身的技术水平问题，焊接操作时运条不平稳，没有控制基层焊缝高度和宽度，使基层高出了复合界面，或者复层母材熔入基层焊缝。如果基层焊缝偏高，则过渡层焊缝厚度会减小，焊接复层时由于焊接电流大而熔透过渡层，会造成复层金属熔入基层焊缝，这些都会造成更复杂成分和组织的焊缝，易形成裂纹。因此，焊前应加强焊工的培训考试

8、工作，提高焊工的操作水平。2.7容器纵缝焊接时，应将过渡层和复层焊缝两端各留30-50mm不焊，待环缝基层焊接后，再将纵缝两端焊接成型。在实际施工中，往往将纵缝过渡层和复层一次焊满焊接环缝时，将纵缝端部的过渡层焊缝熔入了环向的基层焊缝，由于T型焊缝处焊接应力较其他处复杂，可能产生裂纹等缺陷。因此，在不锈钢复合钢的容器制造时，纵缝T型焊缝处的焊接应特别加以重视。2.8焊缝返