复合钢板焊接技术及焊接接头断裂分析

【摘要】由于复合钢板的应用日益广泛，对于它的研究及其存在的问题也越来越受到重视，本文针对复合钢板的焊接技术及其接头的断裂进行简要分析。

【关键词】复合钢板焊接 接头断裂 分析

概述：

复合钢板以其高耐磨性、良好的耐冲击性、较好的耐热性和耐腐蚀性、选择面广、适

应性强、方便加工及高性价比等抗磨材料中的优势，被广大厂矿企业所采用。但在使用的过程中曾出现过焊接接头断裂现象不容忽视。需要加以分析和改进，以保证使用的安全性和使用寿命。

一、复合钢板的焊接

复合钢板是由不锈钢、镍基合金、铜基合金或钛板为复层，珠光体钢为基层，以爆炸焊、复合轧制、堆焊等方法制成的双金属板材。复合钢板的基层应满足接头强度和刚度的要求，复层应满足耐蚀等要求。为了保证复合钢板不失去原有的综合性能，对基层和复层必须分别进行焊接。其焊接性、焊材选择、焊接工艺等由基层、复层材料决定。基层和复层交界处的焊接属异种钢焊接，其焊接性主要取决于基层和复层的物理性能、化学成分、接头形式、填充金属成分。

1.焊接方法

根据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接方法，通常有焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊、C02气体保护焊及等离子弧焊等。目前常用钨极氩弧焊或焊条电弧焊焊接复层.用埋弧焊或焊条电弧焊焊接基层。

2.坡口形式

对接接头坡日形式可采用V形、X形、v和U联合形坡口。也可以在接头背面一，段距离内进行机械加工，去掉复层金属，以确保焊基层焊道时不使基层焊肉焊到复层上。一般尽可能采用x形坡口双面焊，先焊基层，再焊过渡层，最后焊复层。以保证焊接接头具有较好的耐腐蚀性。同时考虑过渡层的焊接特点，尽量减少复层一侧的焊接工作量。

角接接头坡臼形式是无论复层位于内侧或外假，均先焊接基层。复层位于内侧时，在焊复层以前应从内倒对基层焊根进行清根。复层位于外侧时，应对基层最后焊道进行修磨光。焊复层时，先焊过渡层。再焊复层。当复层金属的熔化温度高于基层钢的熔化温度，而且两种金属在冶金上不相容时，复层金属必须采用衬垫以保持复层的完整性。在基层焊完后，用角焊缝将衬垫与复层焊接起来。

3、焊接时的注意事项

1）在进行装配的时候点焊只能在基础层上面进行，不管是焊接还是点焊都需要对复层实施必要的保护，避免碳钢对复层的污染。特别要注意的是，经过打磨的碳钢砂轮不能在经复层使用。

2）针对需要返修的复合层焊接或者是过渡层焊接，只能用砂轮来打磨和清除缺陷，避免不锈钢和碳钢的渗入。

3） 对焊接影响最大的就是不锈钢复合板，因此，在装配的时候应该严格控制坡口的错位。

4） 对不锈钢复合板进行焊接时最重要的一点就是碳钢混入不锈钢焊缝里或复层不锈钢混入碳钢焊缝中：在对基层进行焊接时应该注意不能使复层熔化，使用自动埋弧焊接的时候应该更加小心，把靠近复层的自动埋弧焊变为焊条电弧焊；在对过渡层进行焊接的时候要注意的是，基层和复层的结合处的熔合情况：在对过渡层进行复层焊之前要首先进行铁离子检测，不合格时就应该砂轮打磨再进行检测。在焊接的同时应注意飞溅的碳钢杂物进入到不锈钢焊缝中。

5 ）不能用低合金焊材和碳钢焊材在复层焊缝、过渡层焊缝以及复层母材上面进行焊接。对过渡层进行焊接时应注意基层母材、基层焊缝、复层母材，而且要注意的是应该铺满基层母材和基层焊缝。

6 ）在规定情况下，结合面的复层过渡层的厚度应为1.7毫米；焊条电弧焊要焊一层，不能超过两层。也就是过渡层的焊缝的厚度应该为3～5毫米，这样以便复层能够有足够的厚度在满足产品的防腐蚀要求。

7 ）对复层和焊接过渡层进行焊接的时候，应该先焊两侧再焊中间焊道。注意焊条的摆动幅度不应该过大，一般为焊条直径的0.6～1.1 倍，两个相邻的焊道中间重叠1/3～1/2；复层焊道的表面应该是平滑的，且凹陷的深度不大于1.5毫米，母材和焊缝金属物应该进行平缓的过渡，对不符合要求的焊缝采用小直径的焊条来进行补焊，之后再用砂轮进行修磨。

二、复合钢板焊接接头断裂的原因分析

1.断裂原因

1）材料不合格。分析认为，冲击功不合格与钢板爆炸复合后的热处理工艺以及执行热处理工艺过程中出现的某些偏差有关，如恒温温度或冷却速度不均匀等，表现为其金相组织不均匀，有的区域珠光体呈正常的块状分布，而有的区域珠光体则呈网状分布。相对于铁素体，珠光体相的塑性韧性较低，若其连成网状，则会降低母材组织的冲击韧性。

2）校圆时复层未焊，复层剔除深度和宽度不够，坡口根部存在应力集中。

3）施焊时的环境温度较低，增加了材料的脆断敏感性。

2.改进措施

通常情况下，不合格的材料将被判报废。由于该批材料不合格的主要原因是爆炸复合后的热处理工艺及其热处理过程不当，其力学性能中仅0℃冲击功不合格，金相组织观察也未发现过烧等组织缺陷，因此，采用重新进行热处理的办法恢复其组织与性能。正火是将材料重新加热到完全奥氏体化后空冷的热处理工艺，热处理后可获得新的先共析铁素体和珠光体组织，能切断材料原有组织的遗传性，消除原材料中的粗大组织。为此，进行了正火热处理试验。试验结果表明，采用正火热处理极大地改善了材料的冲击韧性，其各项性能均满足标准要求。

考虑到在正火热处理试验后，材料的抗拉强度已达到标准要求的最低抗拉强度。因此，在制定热处理工艺时，将恒温阶段的温度降低了15℃，以确保材料的强度符合标准要求。对换热器筒节的正火处理共进行了4炉，每炉带2块母材试板，试板从断裂的筒节上切取。根据

由随炉试板制备的试样所做的冲击试验结果，经正火处理后筒节材料的冲击功提高了2-5倍，取得了良好的效果。

结束语：

不锈复合钢板的焊接具有低合金钢、碳钢、不锈钢的异种、焊接的特点，其焊接的方法和焊接的工艺也有不同。因此，需要重点掌握不同异种和型号的钢筋的焊接特点以及工艺和技术，仔细、认真的焊接好过渡层和复层焊缝，保证产品的质量。

参考文献：

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【2】钟艺谋，杨永奎，谢京华 双相不锈钢复合钢板的焊接-焊接 2011（11）

【3】李明鉴，李齐 不锈复合钢板的焊接-焊接技术 2010，33（6）