复合板焊接技术探析

时间：2024-05-20

曾强

新疆新化化肥有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830038

复合板在我国工艺中装置中得到广泛的应用，工艺焊接过程主要是针对复合板的焊接。现代工艺中的转化炉就是利用复合钢板生产完成，其基层材料为15CrMoR，复合材料为06Cr18Ni10Ti，通过这种材料生产出来的设备具有防腐蚀能力强，生产出的设备强度高。

利用复合板生产出的设备性价比高，但其自身的结构复杂，给焊接工作的实施造成诸多的不便，其施工的难度远远大于不锈钢以及各种耐高温材料。

1 复合板焊接

复合板的焊接过程会根据焊接对象的本身结构的不同、焊接环境的不同而采用不同的焊接材料与工艺手段。在本文中以转化炉的焊接过程为列来描述复合板的焊接工艺流程。

1.1 焊接设备信息

本次焊接对象为降料槽，该设备的使用环境恶劣，其设计的压力参数为3.5MPa，温度为150℃，设备容器中的液体主要为腐蚀性粘稠状浆液，具有较强的碱性腐蚀性，该设备的壳体材料主要由15CrMoR与06Cr18Ni10Ti组成。根据现场作业分析可以知道，其基层材料以及复合材料符合国家规定的材料标准要求，即通过GB13296-91以及GB/T3280-92标准，而且其能够承受标准的力学要求：屈服强度为367MPa，而抗压强度为560MPa，延伸率为32%，材料的内外弯程度达标。通过对这些数据的现场检查，发现该设备的结构信息都符合设计标准，只有了解焊接设备的具体性能要求，才能很好的选择焊接工艺手段。

1.2 焊接可行性分析

1.2.1 基层材料分析

基层主要材料为15CrMoR，材料中含有大量的Cr，Mn，Mo元素，金属材料中含这种元素可以有效提高钢板内部组织结构的稳定性，但这些金属元素具有强烈的淬硬倾向，在焊接过程中需要进行热循环冷却处理，在一定的冷却速度下，由于焊缝金属以及金属热效应影响，容易在焊接层形成对冷裂敏感的显微组织结构。除此之外，该材料中还含有大量的或许碳元素结构，这容易造成在焊接过程中热区域具有不同程度的热裂纹敏感效应，而且当材料中还残留对焊接过程不宜的元素时，容易造成焊接回火脆性以及长时脆变。

1.2.2 复合层材料分析

基层与复合层的焊接过程使用的是同种材料焊接技术，但是在焊接的过渡层采用的是异种材料的焊接技术。复合层主要材料是06Cr18Ni10Ti，它与基础层比较，具有以下特性：热导率低、电阻高、线膨胀系数大。在对过渡层进行焊接时，容易引起焊接变形，造成焊接裂纹的产生。为了保障焊接的顺利进行，对焊接过渡层的施工过程中必须控制好焊接方向以及顺序，其次需要选择合适的超合金焊接材料，如果选择不当，容易造成不锈钢焊缝的严重稀缺现象，更容易形成马氏体淬硬组织。通常还会由于焊接不当，使复合层种的Cr，Ni元素渗入到基层，而使复合板产生严重脆化。

1.3 焊接

1.3.1 焊接接口

在焊接过程中首先是对焊接接头的设计，根据实际工作经验，以及现场环境原因，拟定焊接接口方式如下图所示：

图1 焊接接口型式

在焊接实施过程中，加工坡口时，需要控制进刀量，使进刀量尽可能的小，而对其的冷却，严禁用油冷却，施工过程要保持破口表面光滑。在剥离复层时，理论上是剥离3mm左右，但是在实际操作过程中，应该尽快能的多剥离一些，应该保持在3.5mm～4.0mm为宜，其原因是复合金属面板一般是通过爆炸焊接而成，复合材料与基层材料之间由于爆炸力的作用，而成锯齿状相接，如果只是将3mm的复层剥离，可能基层表面还会残留一定量的复合材料，从而影响焊接效果。

1.3.2 焊接预热

焊接预热可以有效的防止低合金与耐热钢焊接过程中产生接头冷裂纹以及再热裂纹。焊接的预热温度主要由焊接钢材的含碳量、接头的约束度以及焊缝中特殊气体的含量来决定。预热的温度并非越高越好，这需要根据焊接环境来决定，比如本文中讨论的15CrMoR基层材料的预热温度就不能够太高，其温度应该控制在马氏体转变结束温度范围以内，一般其温度控制在150℃～200℃，而在预热过程中，应该尽量控制预热区的宽度，使其大于焊接焊壁厚度的4倍，而且不能小于160mm。比如在某次作业中，由于操作人员施工不当，未对母材进行预热处理就开始进行焊接处理，当焊接完成、冷却后，发现母材和焊缝交界的融合线上产生了裂缝，最后只能进行二次作业，先对焊接体进行预热，然后进行焊接。

1.3.3 过渡层焊接

过渡层的焊接是整个焊接过程的关键所在，在焊接过程中应该注意焊接的方向与顺序，需要控制好焊接的融合比例以及焊接速度，应该以小焊接热输入为主，以此来控制好过渡层的焊接作业工作。

过度焊接难点在于过渡层的开裂问题。我们在实际工作中采取复合板15CrMoR层处采用加焊条先焊，然后再焊接06Cr18Ni10Ti不锈钢层处。焊完后15CrMoR层处开裂，用碳弧气刨剔除开裂处。用常规焊接工艺焊接剔除的地方，加热去应力后可保证焊接非常成功。