不銹鋼復合板焊接既不同于不銹鋼，也不同于碳鋼或低合金鋼，而有其特點和難點。為了保證不銹鋼焊接接頭滿足相關要求的機械性能并保有復層鋼板的綜合性能，防止焊縫金屬的耐腐蝕性、抗裂性的降低，需要對基層和復層分別焊接。除了基層和復層的焊接外，過渡層的焊接是不銹鋼復合板焊接的主要特點，也是不銹鋼復合板焊接的關鍵。

我公司生產(chǎn)的循環(huán)水換熱器由一組板芯、兩塊壓板以及A、B、C、D 四個側管箱裝配焊接而成（圖1）。四個側管箱結構包括兩塊端板、一塊蓋板、拉桿、橫/ 縱向折流板、吊耳、銘牌、管口以及附件。該設備中不銹鋼復合板的焊接可以分為兩部分：一是A、B、C、D 四個側管箱端板與蓋板之間的焊接；二是組裝過程中上下壓板與各側管箱蓋板的焊接以及各側管箱端板之間的焊接。

圖1 循環(huán)水換熱器

A、B 側管箱端板與蓋板之間的焊接

A、B 側管箱端板與蓋板之間的焊接是厚度分別為（30+3）mm 和（20+3mm 的兩塊復合鋼板的角焊縫接頭，如圖2 所示。

圖2 A、B 側管箱端板與蓋板的焊接詳圖

復層側基層的焊接

基層SA-516 Gr.70N 是壓力容器常用鋼材，焊接性能良好，采用成熟的焊接工藝，既能保證焊接質(zhì)量，也可以滿足復合鋼板對強度和韌性等力學性能的要求。

從復層側基層開始焊接，采用80%Ar+20%CO2混合氣體，用GMAW( 實心焊絲) 的焊接方法，氣體流量為20 ～ 25L/min，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（打底層及填充層）。為了避免基層碳鋼焊接時在復層表面造成電弧劃傷和焊接飛濺污染使其耐腐蝕性能降低，焊接前用防飛濺涂料涂敷在焊縫兩側各不小于50mm。

為了防止過大的焊接熱輸入對復層金屬的影響，控制焊接線能量≤ 23kJ/cm。采用多層焊，在保證熔合良好的情況下，加快焊接速度，減薄焊縫厚度，使坡口兩側熔合良好，防止產(chǎn)生氣孔、未熔合等缺陷。道間溫度控制為<250℃。焊接至距離復層結合面2 ～ 3mm 時停止焊接，給過渡層焊縫留出合適的深度。冷卻到<100℃時，用砂輪機將坡口內(nèi)的飛濺、熔渣等清理干凈，以利于過渡層的焊接。

過渡層的焊接

過渡層是典型的奧氏體與非奧氏體鋼的異種鋼焊接，兩種鋼材的物理性能差異很大，不銹鋼層的熱導率比低合金鋼低，線膨脹系數(shù)和電阻率也比基層大得多，因而在焊接過渡層時會引起較大的焊接應力和變形，再加上焊縫與母材交界處熔合區(qū)組織的不均勻性，導致過渡層極易產(chǎn)生焊接裂紋。因此必須控制與調(diào)節(jié)異種鋼接頭組織的不均勻性，減少焊接應力，防止過渡層脆化和產(chǎn)生裂紋，保證過渡層具有優(yōu)良的塑性、韌性。

采用98%Ar+2%CO2 混合氣體，用GMAW 焊接方法，氣體流量為18 ～ 23L/min，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（過渡層）。嚴格控制焊接熱輸入≤ 18kJ/cm，道間溫度控制為<150℃，按照一層三道的焊道排列形式進行焊接，即先在坡口的兩側各堆焊一道焊道，然后再進行焊接中間焊道，如圖3所示。焊接至距離復層表面1.5 ～ 2mm 時停止焊接，用砂輪機磨平，以利于復層的焊接。施焊時，焊接電流要適中，在熔合良好的情況下，焊接速度應盡量快些，電弧不宜太長或太短，以免產(chǎn)生氣孔等缺陷。過渡層焊接完成之后進行PT 滲透檢測，合格后再進行復層的焊接。

表1 焊接材料及工藝參數(shù)

圖3 過渡層的焊接示意圖

復層的焊接

復層是奧氏體不銹鋼，可焊性良好，選擇98%Ar+2%CO2 混合氣體，用GMAW 的焊接方法，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（復層）。嚴格控制線能量≤ 18kJ/cm，采用一層多道布置焊道，焊接速度宜快不宜慢，保證熔合良好，防止咬邊缺陷，使焊縫成形良好，圓滑過渡，焊縫余高2 ～ 2.5mm 為宜。道間溫度控制為<150℃，避免產(chǎn)生熱裂紋，滿足設備使用過程中復層對耐蝕性的要求。

外側基層的焊接

采用GMAW 焊接方法，焊接材料及工藝參數(shù)見表1（填充層F、F1、F2）。

C、D 側管箱端板與蓋板之間的焊接

C、D 側管箱端板與蓋板之間的焊接是厚度為（12+3）mm 復合鋼板與厚度為36mm 的奧氏體不銹鋼之間的角焊縫接頭，如圖4 所示。

圖4 C、D 側管箱端板與蓋板的焊接詳圖

過渡層的焊接

奧氏體與非奧氏體鋼的異種鋼焊接，焊接要點與技巧與A、B 側管箱過渡層的焊接相同。對坡口及其兩側各20mm 范圍內(nèi)進行表面清理，清除表面的油污、銹跡、金屬屑、氧化膜及其他污物，復層距離坡口100mm 范圍內(nèi)應涂防飛濺涂料。采用GMAW 焊接方法，焊接材料及工藝參數(shù)見表1 中過渡層焊接。

復層的焊接

奧氏體不銹鋼的焊接，焊接要點與技巧與A、B 側管箱復層的焊接相同，詳見表1 中的參數(shù)。

上下壓板與各側管箱蓋板的焊接

上下壓板與各側管箱蓋板的焊接是由8mm 不銹鋼板芯，50mm 碳鋼壓板以及（20+3）mm 和（12+3）mm厚度的復合板組成的角焊縫接頭，如圖5、圖6 所示。

圖5 A、B 側管箱蓋板與壓板的焊接詳圖

圖6 C、D 側管箱蓋板與壓板的焊接詳圖

與單一的材質(zhì)焊接相比，復合板的焊接比較復雜，主要表現(xiàn)在焊縫金屬易稀釋，過渡區(qū)有碳遷移發(fā)生，熔合區(qū)易產(chǎn)生脆硬組織，接頭存在較大的殘余應力等。

過渡層由于兩種鋼的化學成分和物理性能差別較大，存在碳鋼基層與不銹鋼復層以及焊接填充金屬間的互熔問題，這是一個復雜的合金化過程。當從復層開始焊接時，在過渡層上熔焊碳鋼焊縫金屬，形成合金焊縫，硬化帶約為2.5mm，更高硬度值>460HV，極易產(chǎn)生焊接裂紋。在這種焊接順序的情況下，考慮到鎳基焊接材料的成本太高，所以基層的焊接必須用與過渡層相同的不銹鋼焊接材料，因為焊縫厚度較大，為了提高生產(chǎn)效率，減少工人勞動強度，采用GMAW 焊接方法。首先對焊接坡口表面進行預堆處理，即在整個坡口表面堆焊不銹鋼層，堆焊時選用合金含量較高的過渡層材料堆焊過渡層，然后選用合金含量較低的不銹鋼材料堆焊1 ～ 3 層，這樣在基層的碳鋼表面形成隔離層，最后用不銹鋼材料，選用GMAW 焊接整個焊縫。

各側管箱端板之間的焊接

各側管箱端板之間的焊接是厚度為（30+3）mm 復合鋼板與厚度為36mm 的奧氏體不銹鋼之間的角焊縫接頭，如圖7 所示。焊接特點以及注意事項與C、D 側管箱端板與蓋板之間的焊接相同，焊接方法、焊接材料及工藝參數(shù)見表1。

圖7 側管箱各端板之間的焊接詳圖

結束語

此不銹鋼復合板設備焊接完成，按照ASME 鍋爐壓力容器規(guī)范第Ⅴ卷進行無損檢測合格，焊縫質(zhì)量良好，證明了工藝方案的可行性，同時也得出不少不銹鋼復合板焊接的寶貴經(jīng)驗：嚴格執(zhí)行焊接工藝，控制焊接線能量和融合比，確保關鍵層的焊接質(zhì)量；在只能先焊復層，再焊過渡層和基層的條件下，可用過渡層焊材對坡口表面進行隔離層堆焊，然后選用合金含量較低的不銹鋼材料焊接，從而保證焊縫的外觀與質(zhì)量