復合板焊接技術探析

曾 強

新疆新化化肥有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830038

復合板在我國工藝中裝置中得到廣泛的應用，工藝焊接過程主要是針對復合板的焊接。現代工藝中的轉化爐就是利用復合鋼板生產完成，其基層材料為15CrMoR，復合材料為06Cr18Ni10Ti，通過這種材料生產出來的設備具有防腐蝕能力強，生產出的設備強度高。

利用復合板生產出的設備性價比高，但其自身的結構復雜，給焊接工作的實施造成諸多的不便，其施工的難度遠遠大于不銹鋼以及各種耐高溫材料。

1 復合板焊接

復合板的焊接過程會根據焊接對象的本身結構的不同、焊接環(huán)境的不同而采用不同的焊接材料與工藝手段。在本文中以轉化爐的焊接過程為列來描述復合板的焊接工藝流程。

1.1 焊接設備信息

本次焊接對象為降料槽，該設備的使用環(huán)境惡劣，其設計的壓力參數為3.5MPa，溫度為150℃，設備容器中的液體主要為腐蝕性粘稠狀漿液，具有較強的堿性腐蝕性，該設備的殼體材料主要由15CrMoR與06Cr18Ni10Ti組成。根據現場作業(yè)分析可以知道，其基層材料以及復合材料符合國家規(guī)定的材料標準要求，即通過GB13296-91以及GB/T3280-92標準，而且其能夠承受標準的力學要求：屈服強度為367MPa，而抗壓強度為560MPa，延伸率為32%，材料的內外彎程度達標。通過對這些數據的現場檢查，發(fā)現該設備的結構信息都符合設計標準，只有了解焊接設備的具體性能要求，才能很好的選擇焊接工藝手段。

1.2 焊接可行性分析

1.2.1 基層材料分析

基層主要材料為15CrMoR，材料中含有大量的Cr，Mn，Mo元素，金屬材料中含這種元素可以有效提高鋼板內部組織結構的穩(wěn)定性，但這些金屬元素具有強烈的淬硬傾向，在焊接過程中需要進行熱循環(huán)冷卻處理，在一定的冷卻速度下，由于焊縫金屬以及金屬熱效應影響，容易在焊接層形成對冷裂敏感的顯微組織結構。除此之外，該材料中還含有大量的或許碳元素結構，這容易造成在焊接過程中熱區(qū)域具有不同程度的熱裂紋敏感效應，而且當材料中還殘留對焊接過程不宜的元素時，容易造成焊接回火脆性以及長時脆變。

1.2.2 復合層材料分析

基層與復合層的焊接過程使用的是同種材料焊接技術，但是在焊接的過渡層采用的是異種材料的焊接技術。復合層主要材料是06Cr18Ni10Ti，它與基礎層比較，具有以下特性：熱導率低、電阻高、線膨脹系數大。在對過渡層進行焊接時，容易引起焊接變形，造成焊接裂紋的產生。為了保障焊接的順利進行，對焊接過渡層的施工過程中必須控制好焊接方向以及順序，其次需要選擇合適的超合金焊接材料，如果選擇不當，容易造成不銹鋼焊縫的嚴重稀缺現象，更容易形成馬氏體淬硬組織。通常還會由于焊接不當，使復合層種的Cr，Ni元素滲入到基層，而使復合板產生嚴重脆化。

1.3 焊接

1.3.1 焊接接口

在焊接過程中首先是對焊接接頭的設計，根據實際工作經驗，以及現場環(huán)境原因，擬定焊接接口方式如下圖所示：

圖1 焊接接口型式

在焊接實施過程中，加工坡口時，需要控制進刀量，使進刀量盡可能的小，而對其的冷卻，嚴禁用油冷卻，施工過程要保持破口表面光滑。在剝離復層時，理論上是剝離3mm左右，但是在實際操作過程中，應該盡快能的多剝離一些，應該保持在3.5mm～4.0mm為宜，其原因是復合金屬面板一般是通過爆炸焊接而成，復合材料與基層材料之間由于爆炸力的作用，而成鋸齒狀相接，如果只是將3mm的復層剝離，可能基層表面還會殘留一定量的復合材料，從而影響焊接效果。

1.3.2 焊接預熱

焊接預熱可以有效的防止低合金與耐熱鋼焊接過程中產生接頭冷裂紋以及再熱裂紋。焊接的預熱溫度主要由焊接鋼材的含碳量、接頭的約束度以及焊縫中特殊氣體的含量來決定。預熱的溫度并非越高越好，這需要根據焊接環(huán)境來決定，比如本文中討論的15CrMoR基層材料的預熱溫度就不能夠太高，其溫度應該控制在馬氏體轉變結束溫度范圍以內，一般其溫度控制在150℃～200℃，而在預熱過程中，應該盡量控制預熱區(qū)的寬度，使其大于焊接焊壁厚度的4倍，而且不能小于160mm。比如在某次作業(yè)中，由于操作人員施工不當，未對母材進行預熱處理就開始進行焊接處理，當焊接完成、冷卻后，發(fā)現母材和焊縫交界的融合線上產生了裂縫，最后只能進行二次作業(yè)，先對焊接體進行預熱，然后進行焊接。

1.3.3 過渡層焊接

過渡層的焊接是整個焊接過程的關鍵所在，在焊接過程中應該注意焊接的方向與順序，需要控制好焊接的融合比例以及焊接速度，應該以小焊接熱輸入為主，以此來控制好過渡層的焊接作業(yè)工作。

過度焊接難點在于過渡層的開裂問題。我們在實際工作中采取復合板15CrMoR層處采用加焊條先焊，然后再焊接06Cr18Ni10Ti不銹鋼層處。焊完后15CrMoR層處開裂，用碳弧氣刨剔除開裂處。用常規(guī)焊接工藝焊接剔除的地方，加熱去應力后可保證焊接非常成功。

2 結論

復合板的焊接過程包括同種、異種鋼面的焊接過程，在焊接過程中有不同的焊接破口型式以及不同的焊接順序和焊接材料，但是只要把握好焊接原則，注重焊接細節(jié)與理論的結合，就能夠控制好焊接作業(yè)質量。

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