復(fù)合鋼的焊接

石油、化工、航海和軍工生產(chǎn)中廣泛使用復(fù)合鋼制造各類耐腐蝕設(shè)備。目前應(yīng)用較多的

復(fù)合鋼是由較薄的不銹鋼與較厚的低合金鋼通過爆炸焊、軋制或堆焊等工藝方法制成的雙金

屬板材。較厚的珠光體鋼局部為基層，基層多半由低碳鋼或低合金鋼組成，主要滿足復(fù)合鋼

在使用中強度和剛度的要求。不銹鋼局部為復(fù)層，主要滿足復(fù)合鋼的耐蝕性等要求。隨著復(fù)

合鋼的應(yīng)用范圍不斷擴大，其焊接日益引起人們的關(guān)注。

1.復(fù)合鋼的根本性能

復(fù)合鋼的力學(xué)性能

生產(chǎn)中應(yīng)用較多的復(fù)合鋼板是以不銹鋼、銀基合金、銅基合金或鈦合金板為復(fù)層，低碳

鋼或低合金鋼為基層，以爆炸焊、復(fù)合軋制、堆焊或釬焊方法制成的雙金屬板材。還可以采

用電渣焊生產(chǎn)大厚度（100?150mm）的軋制復(fù)合鋼。通常復(fù)層只占復(fù)合鋼板總厚度的5%?50%,

一般為10%?20%,最小實用厚度為1.5mm。復(fù)合鋼可以節(jié)約大量的不銹鋼或鈦等貴重金屬，

具有很大的經(jīng)濟價值。

碳鋼與不銹鋼（或鍥基合金、鈦等）用復(fù)合軋制或爆炸焊方法形成的復(fù)合鋼板，要求具

有一定的拉伸、彎曲等力學(xué)性能。為了保證復(fù)合鋼板不失去原有的綜合性能，對基層和復(fù)層

必須分別進行焊接，焊接性、焊接材料選擇、焊接工藝等由基層、復(fù)層材料決定。

①拉伸強度復(fù)合鋼中的不銹鋼復(fù)層的力學(xué)性能比基層碳鋼優(yōu)良，抗接強度高于碳鋼。

復(fù)合鋼的拉伸強度（?？诳捎孟率角蟪?。

式中。板：一一碳鋼的抗拉強度，MPa；

限一一碳鋼的厚度，mm；

。bd——不銹鋼的抗拉強度，MPa；

5d----不銹鋼的厚度，mm。

在實際設(shè)計中，美國在ASMF標準中規(guī)定：復(fù)合鋼的整體厚度按基層碳鋼的厚度進行設(shè)計。

日本有關(guān)標準通常也按這種規(guī)定進行設(shè)計。

②彎曲性能測定復(fù)合鋼的彎曲性能時，可把不銹鋼復(fù)層放在外側(cè)，也可把碳鋼基層放

在外側(cè)進行彎曲試驗。無論采取哪種方法，都必須根據(jù)處于外側(cè)材料的彎曲試驗規(guī)定進行，

目的是為了判斷外側(cè)材料的性能。

如果把不銹鋼放在外側(cè)進行彎曲試驗，彎曲半徑按與復(fù)合鋼整體厚度相等的不銹鋼厚度

彎曲試驗所規(guī)定的半徑進行彎曲，彎曲時外側(cè)必須不產(chǎn)生裂紋。在碳鋼為外側(cè)的彎曲試驗時,

應(yīng)按碳鋼整體厚度的規(guī)定進行試驗。

判斷復(fù)合鋼的彎曲性能時，把不銹鋼放在內(nèi)側(cè)，當不銹鋼的厚度為4.9?9.5mm時\半徑

R可按復(fù)合鋼整體厚度的一半（R=3/2）進行彎曲。當不銹鋼厚度6>9加時，彎曲半徑R按

等于復(fù)合鋼整體厚度（R=5）進行彎川通常規(guī)定三個試樣中至少一個試樣不能在彎曲處的

兩端有超過50%的別離現(xiàn)象。

碳鋼與不銹鋼爆炸焊E寸，由于工藝參數(shù)不當，有時在接合面交界處能產(chǎn)生硬化的合金層，

當進行彎曲試驗時，這種合金層容易形成裂紋。因此，使用爆炸焊復(fù)合鋼制造承受彎曲載荷

的結(jié)構(gòu)時，必須選用沒有便化合金層的爆炸焊復(fù)合鋼。

不銹復(fù)合鋼的種類與性能

不銹復(fù)層鋼板是由較厚的珠光體鋼（基層）和較薄的不銹鋼（復(fù)層）復(fù)合軋制而成的雙

金屬板?；鶎佣酁樘间摶虻秃辖痄摚瑥?fù)層多為lCR18Ni9Ti、CH8Nil2Mo2Ti、Cr23Ni28Mo3Cu3Ti

等奧氏體不銹鋼，主要滿足耐蝕性能等要求。不銹鋼復(fù)層通常是在容器里層，厚度一般只點

總厚度的10%?20%。

我國生產(chǎn)的不銹鋼復(fù)合鋼板種類和力學(xué)性能見表lo目前應(yīng)用較多的是奧氏體系復(fù)合鋼

板和鐵素體系復(fù)合鋼板。不銹復(fù)合鋼冷軋薄板和鋼帶寬度900?1200nini、長度2000mm的允許

偏差應(yīng)符合GB/T708-1988的規(guī)定。成卷交貨時鋼卷頭、尾厚度不正常的長度分別不超過

6000mmo不銹復(fù)合冷軋薄鋼板的厚度允許偏差見表2。不銹復(fù)合鋼板總厚度及其允許偏差見

表3o

規(guī)格/mm666T

復(fù)合鋼（基層且層）

寬度

總厚度長度,1/MPas/MPa/%/MPa

Q2351Crl8Ni9Ti(0Crl8Ni9Ti)————

Q235lCrl8Nil2Mo2Ti

322

(0Crl8Nil2Mo2Ti)370240150

222

Q235lCrl3N22

370210150

20g!Crl8Ni9Ti(0Crl8Ni9Ti)6,8,10,—一一—

20g0Crl8Nil2Mo2Ti12,14,22

1000>2000225

(!Crl8Nil2Mo2Ti)15,16,410250150

182

20g0Crl3225

410250150

222

12CrMo0Crl3>20

410270150

Q2351Crl8Ni9—220

410150

Q2350Crl8Nil2Mo2Ti

6,8,10,

Q2351Crl8Nil2Mo2Ti

12,14,

20g!Crl8Ni9Ti15,16,1400?4000?2

不低于基層鋼的力學(xué)性能

16Mn!Crl8Ni9Ti18,20/p>

16Mn!Crl8Nil2Mo2Ti22,24,

25,28,30

16Mn0Crl3

表2不銹復(fù)合冷軋薄鋼板的厚度允許偏差

復(fù)合鋼板厚度允許偏差，mm

公稱厚度/mm復(fù)層厚度允許偏差/mm

A級精度B級精度

±±

±±

不大于復(fù)層公稱±0+

尺寸的±10%±±

土土

±±

注：不銹復(fù)合薄鋼板冷軋后進行熱處理、酸洗或類似的處理加工，最后獲得適當?shù)燃?/p>

的外表粗糙度.

表3不銹復(fù)合鋼板總厚度及其允許偏差

復(fù)合鋼板總國度/mm4-1011?1516?2526?3031?60

總厚度允許偏差±9%±8%±7%±6%±5%

不銹復(fù)合鋼板外表的質(zhì)量特征如下。

I級外表鋼板兩面允許有深度不大于鋼板厚度公差之半，且不使鋼板小于允許最小厚度

的一般的輕微麻點、輕微劃傷和餛印。

n級外表鋼板外表允許有深度不大于鋼板厚度公差之半，日.不使鋼板小于允許最小厚度

的以下缺陷。正面：一般的輕微麻點、輕微劃傷、凹坑和輻印。反面：一般的輕微麻點、局

部的深麻點、輕微劃傷、壓痕或凹坑。鋼板兩面超出上述范圍的缺陷允許用砂輪去除，去除

深度正面不得大于鋼板復(fù)層厚度之半，反而不得大于鋼板公差。

不銹復(fù)合鋼冷軋薄鋼板的力學(xué)性能應(yīng)符合基層材料相應(yīng)標準的規(guī)定，當基層材料選用深

沖拉延鋼時，力學(xué)性能應(yīng)符合表4的規(guī)定。在彎曲局部的外側(cè)允許產(chǎn)生裂紋，復(fù)合界面不允

許分層。

表4不銹復(fù)合鋼冷軋薄鋼板的力學(xué)性能

拉1＞性能冷彎性能

伸長率6/%彎曲角

基層抗拉強度10

屈服強度度

鋼號8復(fù)層為奧復(fù)層為鐵內(nèi)彎、外彎試驗結(jié)果

61/MPa(d=2

b/MPa氏體不銹鋼素體不銹鋼

a)

08A1345?4903502818180°不得有分層,裂紋、折斷

1OA1365?5103602717180°不得有分層、裂紋、折斷

注：復(fù)層為0Crl3鋼時，力學(xué)性能按復(fù)層為鐵素體不銹鋼的規(guī)定。

基層為其他鋼號時，冷軋復(fù)合薄鋼板的力學(xué)性能按基層牌號相應(yīng)標準的規(guī)定執(zhí)行。。為

復(fù)合鋼板總厚度。

不銹復(fù)合鋼板標準中沒有彎曲試驗規(guī)定時.，可不做彎曲試驗；如需求方要求做時，彎曲

直徑d=4a。對稱型復(fù)合鋼板任做一個彎曲試驗、非對稱型復(fù)合鋼板進行冷彎試驗時，復(fù)層

厚度大的面在外側(cè)。

復(fù)合鋼板的接頭設(shè)計

復(fù)合鋼板焊接接頭設(shè)計必須考慮便于分別對基層、復(fù)層及過渡層焊接施工和防止或減少

焊接第一焊道時被稀釋的問題。圖1為不銹鋼復(fù)合鋼板、銅及銅合金復(fù)合鋼板時接接頭的常

用坡口形式。

2±1(1±1)

2rl(l±l)

圖I不銹銅復(fù)合鋼板、銅及銅合金復(fù)合鋼板對接接頭常用坡口形式

（括號內(nèi)的尺寸供埋孤悍用?單位：mm）

鈦及鈦合金或鋁及鋁合金復(fù)層冶金相容性差。因此在接頭設(shè)計上應(yīng)盡量防止或減少基層

金屬熔入復(fù)層金屬。所以在接頭構(gòu)造上與不銹鋼復(fù)合鋼板有較大區(qū)別。圖2為鈦及鈦合金或

鋁及鋁合金復(fù)合鋼板對接接頭的常用坡口形式。

圖2鈦及鈦合金或鋁及鋁合金復(fù)合鋼板對接接頭常用坡口形式

對接接頭盡可能采用X形坡口雙面焊。同時考慮過渡層的焊接特點，盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊

接工作量。當焊接位置受限，必須單面焊時，可采用單面V形坡口。

2.鈦一鋼復(fù)合板的焊接

采用鈦一鋼復(fù)合板可以大大擴展鈦的應(yīng)用范圍和降低結(jié)構(gòu)件的造價，許多國家已經(jīng)掌握

這種復(fù)合板的生產(chǎn)技術(shù)。我國已經(jīng)采用爆炸成形以及爆炸一軋制技術(shù)來生產(chǎn)制造這種復(fù)合板

并取得良好效果。

鈦一鋼復(fù)合板的分類及性能

目前，生產(chǎn)鈦一鋼復(fù)合板最適宜的方法是爆炸成形。也有同時采用兩種工藝來生產(chǎn)鈦一

鋼復(fù)合板的：先爆炸成形，然后再進行軋制。在真空條件下軋制鈦一鋼復(fù)合板比最初采用的

真空釬焊工藝更廉價。

鈦一鋼復(fù)合板和鈦一不銹鋼復(fù)合板用于制造在腐蝕環(huán)境中承受一定壓力、溫度的塔、罐、

槽等工程結(jié)構(gòu)。鈦一鋼復(fù)合板的分類見表5。鈦一鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能見表6。鈦一不

銹鋼復(fù)合板的分類見表70鈦一不銹鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能見表8。

表5鈦一鋼復(fù)合板的分類

種類代號

。類B00類：用于過渡接頭、法蘭等高結(jié)合強度且不允許不結(jié)合區(qū)

爆炸鈦一鋼復(fù)合板1類B1存在的復(fù)合板

2類B21類：將鈦材作為強度設(shè)計或特殊用途的復(fù)合板，如管板等

1類BR12類：將鈦材作為耐蝕設(shè)計，而不考慮強度的復(fù)合板，如筒

爆炸一軋制鈦一鋼復(fù)合板

2類BE2體等

注：爆炸鈦一鋼復(fù)合板以“爆〃字漢語拼音第個字母B表示，爆炸一軋制鈦一鋼復(fù)合

板以BR表不。

表6鈦一鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能

拉伸試驗剪切強度Tb/MPa彎曲試驗

抗拉強度0類復(fù)合

伸長率6/%其他類復(fù)合板彎曲角）彎曲直徑d/mm

tb/MPa板

大于基層或復(fù)

合材料標準中內(nèi)彎180°,外彎由復(fù)內(nèi)彎時按基層標準，不夠2倍時取

>196>138

較低一方的規(guī)合材料標準規(guī)定2倍，外彎時為復(fù)合板厚度的3倍

定值

注：復(fù)合鋼板抗拉強度。H按式（7-1）計算。

表7鈦一不銹鋼復(fù)合板的分類

代

種類用途分類

號

0

B0用于過渡接頭、法蘭等高結(jié)合強度且不允許不結(jié)合區(qū)存在的某些特殊用途

類

爆炸鈦一不

1

銹鋼復(fù)合板B1鈦材參與強度設(shè)計的復(fù)合板，或復(fù)合板需進行嚴格加工的結(jié)構(gòu)件，如管板等

類

2B2將鈦材作為耐蝕設(shè)計，不參與強度設(shè)計的復(fù)合板，如筒體等

I類I

注：爆炸鈦一鋼復(fù)合板以“爆〃字漢語拼音第一個字母B表示。

表8鈦一不銹鋼復(fù)合板的力學(xué)和工藝性能

拉伸試驗剪切試驗別離試驗彎曲試驗

抗拉強度剪切強度別離強度彎曲角a

伸長率"%彎曲直徑d/mm

Tb/MPaTb/MPa。t/MPa/(°)

0類21972274內(nèi)彎180°,內(nèi)彎時按基層標準，不

大于基層或更合

1類2138—外彎由復(fù)合夠2倍時取2倍，外彎

>oB材料標準中較低

材料標準規(guī)時為復(fù)合板厚度的3

一方的規(guī)定值2類2138—

定倍

注：復(fù)合鋼板抗拉強度。B按式(7-1)計算。

鈦一鋼復(fù)合板焊接工藝特點

鈦一鋼復(fù)合板的復(fù)層(鈦)厚度一般為?，基層厚度為8?20nlln。鈦復(fù)層和鋼基層之間

如果不參加中間金屬層，經(jīng)加熱后會產(chǎn)生脆性層，使鈦一鋼復(fù)合板的層間結(jié)合強度降低。因

此，可在鈦與鋼之間參加V、Nb或者VCr等中間合金層。

通過參加各種中間金屬層軋制的鈦一鋼復(fù)合板加熱工藝對界面抗拉強度的影響見表9。

由表可見，參加V作為中間層的效果最好。加雙金屬中間層(VCu或NbCu)的結(jié)果并

不好。因為Cu的熔點低，會形成低熔點共晶體，從而使鈦一鋼復(fù)合板的焊接工藝變得更復(fù)雜。

表9鈦一鋼復(fù)合板加熱工藝對界面抗拉強度的影響

抗拉強度/MPa

鈦一鋼復(fù)合板800C

450℃X100h

5h10h50h

無中間層265221157196186

加IV.中間層—294272277274

加Nb中間層225100178176167

加VCu中間層206194208201225

加NbCu中間層219140181189203

鈦一鋼復(fù)合板的焊接主要采用以下兩種工藝：焊縫上加蓋板，見圖3(a)；加中間層，見

圖3(b)。

⑻餌縫上加蓋板(b)加中間層

圖3鈦鋼復(fù)合板焊接工藝的示意

】一銅.2.6—鈦，3—鈦費板；4-餌縫；5—低碳審；7-鴇極

電弧,8—爆愴?9一填充材料；】0一錠村層

采用第一種焊接工藝時（在焊縫上加蓋板），對接接頭處的強度性能主要靠基層鋼焊縫

來保證，而加蓋板的目的是用來防止侵蝕性介質(zhì)腐蝕焊接接頭。在焊縫和蓋板之間填加的地、

填充材料，通常是

Ag（Ag與Ti熔合得很好：或熔點較低的銀釬料，也可以填充環(huán)氧樹脂型聚合物。加填充材

料的目的是為了提高接頭的抗腐蝕性能。焊縫可以是如圖4（a）所示的單面焊縫，也可以是如

圖4（b）所示的雙面焊縫。

5?30

填充金屬

?胸公”?????▲

<6+15

（a）單面焊縫

圖4鈦鋼復(fù)合板接頭的焊縫形式（單位：mm）

焊接鈦一鋼復(fù)合板的第二種工藝是在鈦復(fù)層的坡口中鑲?cè)胍粚雍鼙〉碾y熔金屬襯片（見

圖1b）,如厚度0.1mm的鋰箔或鋁箔等。焊接鈦一鋼復(fù)合板的復(fù)層時，采用鋁極氮弧焊（TIG）,

填加鈦焊絲，鈦絲直徑取決于鈦一鋼復(fù):合板的賃層厚度及坡口形式。鐺極電弧在鈦絲和色極

之間燃燒，不要使電弧直接作用在銀箔上，焊槍應(yīng)沿著鈦絲移動，鈦絲熔化后即形成鈦一鋼

復(fù)合板的焊縫。因為Nb的熔點高，鴇極電弧又不直接作用在銀箔上，所以只有很少局部Nb

熔化，防止了鈦與鋼的相互熔合，可以有效地防止脆性相的形成。

鈦一鋼復(fù)合板焊接實例

被焊母材鈦一鋼復(fù)合板，復(fù)層為工業(yè)純鈦TA2（厚度2nl/，基層為低碳鋼（厚度81nm）。

焊接工藝用厚度0.1mm的銀箔作為中間層，采用鋁極氫弧焊（TIG）進行焊接，鴿極直徑3mm。

填加鈦焊絲，鈦絲直徑4mm。焊接工藝參數(shù)為，焊接電流160?170A,焊接電壓10?12V,焊

接速度13.3cm/min,噴嘴直徑18mm。用氧氣作為保護氣體，保護熔池的氧氣流量為8?

10L/min,在冷卻過程中保護焊縫的氧氣流量為3?4L/min。

通過上述工藝獲得的鈦一鋼復(fù)合板焊接接頭的抗拉強度為387?397MPa,基層金屬的抗

拉強度為426?431MPa。在拉伸實驗時，焊接接頭首先在銀箔與鈦復(fù)層的界面上斷裂，然后

在鋼基層上破斷。這說明鈦復(fù)層的塑性比低碳鋼基層的塑性差。

用上述工藝焊接的鈦一鋼復(fù)合板接頭在鹽酸（HC1）.硫酸（H2SOJ等侵蝕性溶液中，耐

蝕性良好，與復(fù)層金屬的耐蝕性實際上沒有差異。例如，鈦在硫酸中的腐蝕速訂為0.13mni/a,

而鈦一鋼復(fù)合板焊接接頭的腐蝕速率為0.15mm/ao

采用鈦一鋼復(fù)合板焊接工藝時，首先要引起注意的是，對基層（鋼基體）主要是熱影響

區(qū)淬硬問題，對復(fù)層（鈦）主要是脆化問題。

3.不銹復(fù)合鋼的焊接

不銹復(fù)合鋼板基層和復(fù)層交界處的焊接屬異種鋼焊接，焊接性主要取決于復(fù)層和基層的

物理性能、化學(xué)成分、接頭形式及填充金屬種類。焊接低碳鋼（或低合金鋼）與不銹鋼的復(fù)

合鋼板時，容易產(chǎn)生高溫結(jié)晶裂紋、延遲裂紋和脆化問題。

不銹復(fù)合鋼板的加工特點

不銹復(fù)合鋼板在焊接之前，一般經(jīng)過下料切割成零件，坡口加工以及熱成形、冷成形加

工等。

（1）復(fù)合鋼板的切割

不銹復(fù)合鋼板總厚度在12mm以下時，主要是采用機械剪斷和冷沖壓加工等方法。加工時,

復(fù)合層必須向下，而碳鋼基層向上，不可損傷復(fù)層外表和結(jié)合處。在基層鋼和復(fù)層鋼都較厚

的情況下，可采用等離子切割和氧一乙烘火焰切割。在用氧一乙快火焰切割時，要注意以下

問題。

①所采用的噴嘴直徑應(yīng)當比同一厚度鋼板稍大一些。

②切割時應(yīng)先從基層鋼板一側(cè)開始，氧壓應(yīng)是同等厚度鋼板切割時氧壓的一半，特別當

基層鋼板較薄時更要低些，不銹鋼復(fù)合板氧一乙煥火焰切割的速度要比切割低碳鋼時的速度

慢（見表10）。

表10不銹鋼復(fù)合板氧一乙煥火焰切割的工藝參數(shù)

總厚度復(fù)層厚度切割速度氧壓噴嘴直徑工件與噴嘴噴嘴角度

復(fù)合板

/mm/mm/MPa/mm距離/mm/（°）

8

不銹復(fù)合板25515

5010—

926?80

蒙乃爾復(fù)合板

3037?101()

如果復(fù)合鋼板較厚，氧一乙烘火焰不能切割時，應(yīng)采用等離子弧切割。等離子弧切割時,

一般都從復(fù)層開始，即復(fù)合層在上面一側(cè)開始切割，切割速度和切口質(zhì)量比氧一乙烘火焰切

割時高。

（2）復(fù)合鋼板的成型加工

不銹復(fù)合鋼板的成型加工，應(yīng)盡可能實行常溫冷態(tài)彎曲成型，不可在滾床或壓床進行急

劇彎曲，耍施行逐段的緩慢成型加工。加工過程中登層外表不可有油污，不可導(dǎo)致傷痕。

一般化工容器和原子能裝置結(jié)構(gòu)，所用的復(fù)合鋼板在焊接之前常需要加熱成型加工。在

熱成型的加工過程中應(yīng)注意加工之前應(yīng)去除工件外表上的油污及雜物；加熱要保持弱性焰，

注意防止復(fù)原性焰產(chǎn)生增碳現(xiàn)象。熱加工后，對于低碳鋼基層可以空冷，對低合金鋼的基層

要進行保溫緩冷。不銹復(fù)合鋼板加熱成型的溫度范圍見表11。

表11不銹復(fù)合鋼板加熱成型的溫度范圍

基層不銹鋼復(fù)層加熱其他復(fù)層加熱備注

低碳鋼700?850℃750?950℃,:實際加熱至]1900—950°。為了防止晶間腐燭，應(yīng)用

可能選用有穩(wěn)定劑的不銹鋼免

低合金局強鋼

實際加熱到層

800?850℃

珠光體耐熱鋼750?950℃,實際加熱到900?950℃

焊接性特點

(1)奧氏體系復(fù)合鋼的焊接性

奧氏體系復(fù)合鋼板是指基層是低碳鋼或低合金鋼，復(fù)層是奧氏體不銹鋼的復(fù)合鋼板。復(fù)

合鋼板焊接時，復(fù)層和基層分開各自進行焊接。焊接中的主要問題在于基層與復(fù)層交接處的

過渡層焊接“焊接這類復(fù)合鋼板時主要存在以下幾個問題。

①焊縫容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋結(jié)晶裂紋是熱裂紋的一種形式。焊縫金屬在結(jié)晶過程中冷卻

到固相線附近的高溫時，液態(tài)晶界在焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生的裂紋。影響結(jié)晶裂紋的因素主要

有兩個。

稀釋率的影響焊接奧氏體復(fù)合鋼板時，由于基層鋼板的含碳量高于復(fù)層，復(fù)層受基層的

稀釋作用，使焊縫中奧氏體形成元素減少，含碳量增多，焊縫結(jié)晶時易產(chǎn)生微裂紋。

結(jié)晶區(qū)間的影響奧氏體鋼結(jié)晶溫度區(qū)間很大，熔池結(jié)晶時在枝晶的晶界上存在S、P、

Si等低熔點共晶物呈現(xiàn)薄膜狀，這種液態(tài)薄膜在拉伸應(yīng)力作用下易產(chǎn)生裂紋。

假設(shè)焊接材料選擇不適宜或焊接工藝不恰當，不銹鋼焊縫就可能嚴重稀釋，形成馬氏體

淬硬組織；或由于絡(luò)、銀強烈滲入珠光體鋼基層而嚴重脆化，產(chǎn)生裂紋。因此，焊接過渡層

時，要使用含鋁、銀量較多的焊接材料，保證焊縫金屬含一定量的鐵素體組織，以提高抗裂

性，使之即使受到基層的稀釋，也不會產(chǎn)生馬氏體淬硬組織；同時，也應(yīng)采用適宜的焊接方

法和焊接工藝，減小基層一側(cè)熔深和焊縫的稀釋。

②熱影響區(qū)容易產(chǎn)生液化裂紋復(fù)合鋼焊接時，奧氏體鋼熱影響區(qū)由于受焊接熱循環(huán)影

響，低熔點雜質(zhì)被熔化，在焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生液化裂紋。焊接時，熱影響區(qū)受熔池金屬的

熱膨脹作用產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，當電弧移開后，隨著溫度的降低，壓縮應(yīng)力變拉伸應(yīng)力。之后，

熱影響區(qū)晶界上存在的低熔點共晶物的液膜被拉開產(chǎn)生裂紋。這種裂紋是由于奧氏體系復(fù)合

鋼板的熱影響區(qū)晶界受焊接熱循環(huán)作用，低熔點共晶物液化產(chǎn)生的，所以稱為液化裂紋。如

果晶界析出物的熔點高，即使受焊接熱作用瞬時產(chǎn)生液態(tài)膜，但在壓縮應(yīng)力作用下已完成結(jié)

晶，當轉(zhuǎn)變?yōu)槔鞈?yīng)力時晶界已不存在液態(tài)膜了，所以也就不產(chǎn)生裂紋。

防止奧氏體系復(fù)合鋼板焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生結(jié)晶裂紋和液化裂紋的主要措施為：正確制

定焊接工藝，嚴格遵守操作規(guī)程；合理選擇填充材料。

③熔合區(qū)脆化焊接奧氏體系復(fù)合鋼板時，熔合區(qū)出現(xiàn)脆化的原因有如下幾個。

a.結(jié)構(gòu)鋼短條的影響用E4303或E4315短條焊接基層鋼板時，由于熱作用使復(fù)層鋼板

局部熔化，合金元素滲入焊縫。在熔合區(qū)附近狹小區(qū)域中，攪拌作用不充分而產(chǎn)生馬氏體組

織，使熔合區(qū)硬度和脆性增加。

b.不銹鋼焊條的影響用E347T6或E347T5焊條焊接復(fù)層鋼板時，容易熔化基層鋼板,

使焊縫金屬成分稀釋，焊縫金屬為奧氏體馬氏體組織，使塑性和耐蝕性降低，而熔合區(qū)的脆

性明顯增加。

c.碳遷移的影響焊接時碳由低Cr的基層鋼板(碳鋼或低合金鋼)向高Cr的不銹鋼復(fù)

層焊縫金屬擴散遷移，因比在基層和復(fù)層的交界形成高硬度的增碳層和低硬度的脫碳層，引

起熔合區(qū)的脆化或軟化。

為了防止碳的遷移，可在基層和復(fù)層之間采用“隔離焊縫〃(也稱過渡層)。生產(chǎn)中常

選用含Nb的鐵素體焊條在基層鋼板上焊接“隔離焊縫〃，然后用奧氏體鋼焊條焊接復(fù)層，最

后用結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接基層,這種工藝措施可有效地防止碳的遷移，防止在熔合區(qū)附近出現(xiàn)脫

碳層和增碳層，從而減小了熔合區(qū)的脆化，使復(fù)合鋼板的焊接接頭具有較高的強度和韌性。

(2)鐵素體系鋼的焊接性

①焊縫易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋焊接鐵素體復(fù)合鋼板時，焊縫金屬產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的原因和防止

措施，與焊接奧氏體復(fù)合鋼板時根本相同。

②焊接接頭易產(chǎn)生延遲裂紋延遲裂紋是焊接接頭冷卻到室溫并在一定時間后才出現(xiàn)的

焊接冷裂紋，多產(chǎn)生在熱影響區(qū)。焊接鐵素體系復(fù)合鋼板產(chǎn)生延遲裂紋的影響因素杓：焊接

接頭區(qū)出現(xiàn)脆硬組織；焊縫金屬中有明顯的擴散氫聚集；焊接接頭剛度大；有明顯的焊接應(yīng)

力。延遲裂紋有潛伏期，用不同的填充材料焊接時，延遲裂紋的潛伏期和裂紋數(shù)目不同，試

驗結(jié)果見表12o因此，焊縫延遲裂紋檢驗不能焊后立即進行。

表12鐵素體復(fù)合鋼板焊后延遲裂紋潛伏期的試驗結(jié)果

焊條裂紋數(shù)目

預(yù)熱溫度/C

牌號型號焊后24h48h70h120h340h

G302E430-16不預(yù)熱011222

G307E430-1550002000

G202E410-16不預(yù)熱417190500

G207/p>

為了防止產(chǎn)生延遲裂紋，應(yīng)采取以下措施。

①焊條要充分枯燥選用的焊條要放置在通風(fēng)處儲藏，嚴禁焊條受潮或雜亂無章地堆放。

②施焊前焊條要烘干焊條烘干可去除水分和氫,如采用G302或G307焊條,焊前在100C

以上烘干；采用G202或G207焊條，焊前在50℃以上烘干，焊后就不產(chǎn)生延遲裂紋。

③嚴格遵守操作規(guī)程焊接鐵素體復(fù)合鋼板的操作規(guī)程應(yīng)根據(jù)板厚、接頭形式及技術(shù)條

件的要求制定。

焊接程序

(1)復(fù)合鋼板的焊接方法

焊接方法應(yīng)根據(jù)復(fù)合鋼板材質(zhì)、接頭厚度、坡口尺寸及施焊條件等確定。目前焊接復(fù)合

鋼常用手工電弧焊，也可用氮弧焊、埋弧自動焊或氣體保護焊。為了減小熔合比，可用雙絲

埋弧焊。實際生產(chǎn)中常用理弧自動焊焊接基層，用手工電弧焊和氧弧焊焊接復(fù)層和過渡層。

為了保證復(fù)合鋼板不失去原有的綜合性能，基層和復(fù)層必須分別進行焊接c基層的焊接

工藝與珠光體鋼相同，復(fù)層的焊接工藝與相應(yīng)的不銹鋼(或銀基合金、鈦及鈦合金等)相似,

只有基層與復(fù)層交界處的焊接是屬于異種金屬的焊接。

(2)復(fù)合鋼焊接的坡口形式

復(fù)合鋼板下料時要特別注意，如果采用氧一乙烘切割時，復(fù)層應(yīng)向下，熱影響區(qū)約為6?

lOmnio等離子弧切割時，復(fù)層應(yīng)向上，熱影響區(qū)約為0.5?1mm。壓縮弧等離子切割的熱影響

區(qū)最小或幾乎沒有。無論采用哪種方法下料，焊前都必須打磨接口處，使接口平整并除去切

割的熱影響區(qū)局部。

焊接坡口的形式，一般盡可能采用V形或X形坡口雙面煌。先焊基層，然后焊過渡層，

最后焊復(fù)層(見圖5)。這樣的焊接順序是為了保證復(fù)合鋼焊接接頭具有良好的耐腐蝕性能。

當焊接現(xiàn)場的位置不允許作上述順序的焊接時，可采用V形坡口單面焊。無論是單面焊還是

雙面焊時，都應(yīng)考慮過渡層的焊接特點，并盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接工作量。單面焊時應(yīng)盡

量保證復(fù)層中不溶入或少溶入基層成分。

<a)裝配(b)焊拓層(c)短屋清根(.d)餌過渡足(el餌M足

圖5復(fù)合鍋的焊接聯(lián)序

復(fù)合鋼板接頭設(shè)計和坡口形式見表13。薄件可采用1形坡口，較厚的復(fù)層鋼板可采用V

形、U形、X形、V和U聯(lián)合形坡口。也可以在接頭反面一小段距離內(nèi)進行機械加工，去掉復(fù)

層金屬(見圖6),以確保焊條一道基層焊道不受復(fù)層金屬過大的稀釋，以致脆化基層珠光

體鋼的焊縫金屬。復(fù)合鋼板焊接角接頭形式見圖70

圖6去掉復(fù)層金屬的復(fù)合鋼板焊接坡口形式

(b)理層位于外?

圖7復(fù)合鋼板焊接角接頭形式

一般盡可能采用X形坡口雙面焊。先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層，以保證焊接接頭具

有較好的耐蝕性。同時考慮過渡層的焊接特點，盡量減少復(fù)層一側(cè)的焊接工作量。當因焊接

位置限制只可采用單面焊時，可采用V形坡口單面焊，先焊復(fù)層，再焊過渡層，最后焊基層。

焊接時盡量使復(fù)層中少溶入基層成分。

9k13坂合板手工電W焊耀口形式及尺寸

域口名式城口示意域口尺寸/mm應(yīng)用

a.$―26~32

T、一

、寸，N*.M???，IJJX，-III-'、^，?"

焊接材料選擇不適宜，不銹鋼焊縫就可能嚴重稀釋，形成馬氏體淬硬組織C由于銘、銀

強烈滲入珠光體鋼基層而嚴重脆化，產(chǎn)生裂紋。因此焊接過渡層時，為了減少基層對過渡層

焊縫的稀釋作用，要選用含銘、銀當量較高的焊接材料，施焊時采用小電流，降低熔合比，

保證焊縫金屬含有一定量的鐵素體組織，以提高抗裂性，且之即使受到基層的稀釋，也不會

產(chǎn)生馬氏體淬硬組織。

當復(fù)合板度小于25mm時，基層也可全用Cr25-Nil3系(A302)焊條，但焊接剩余應(yīng)力大,

消耗不銹鋼焊條多。當復(fù)合板厚度大于25mm時，可先用純鐵焊條焊一層過渡層，然后用鋼焊

條焊接基層。

常用不銹復(fù)合鋼板焊接材料的選用見表14。表中列出了基層、復(fù)層和過渡層焊接推薦采

用的焊條類型。這些焊條是根據(jù)復(fù)合鋼板基層、復(fù)層的性能要求而選定的。不銹復(fù)合鋼雙面

焊和埋弧焊時焊接材料的選用見表15。

表14常用不銹復(fù)合鋼板焊接材料的選用

及合鋼的組合基層過渡層fi層

E4303E309-16(El-23-13-16)E308-16(E0-19-10-16)

Q2350Crl3

E4315,E4316E309-15(El-23-13-15)E308-15(E0-19-10-15)

E5003,E5015

16Mn0Crl3E309-16(El-23-13-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)

E5016

15MnV0Crl3E309-15(El-23-13-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)

E5515-G

E309-16(El-23-13-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)

12CrMo0Crl3E5515-B1

E309-15(El-23-13-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)

0235lCr18Ni9TiE4303E309-16(El-23-13-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)

Q2350Crl8Ni9TiE4315,E4316E309-15(El-23-13-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)

16Mn!Crl8Ni9TiE5003,E5015

E309-16(El-23-13-16)E347-16(E0-19-10Nb-16)

16Mn0Crl8Ni9TiE5016

E309-15(El-23-13-15)E347-15(E0-19-10Nb-15)

15MnV!Crl8Ni9TiE5515-G

E4303E309Mo-16E318-16

Q235Crl8Nil2Mo2Ti

E4315.E4316(El-23-13-Mo2-16)(E0-18-12Mo2Nb-16)

E5003,E5015

16Mn0Crl8Nil2Mo2TiE309Mo-16E318-16

E5016

15MnV0Crl8Nil2Mo2Ti(El-23-13-Mo2-16)(E0-18-12Mo2Nb-16)

E5515G

注：括號內(nèi)為GB/T933-1985型號。

表15不銹復(fù)合鋼雙面焊和埋瓠焊時焊接材料的選用

手工電弧焊埋弧焊

復(fù)合鋼板

牌號型號焊絲焊劑

Q235J422,J427E4302.E4315H08A,H08HJ431

J422,J427E5003,E5015H08Mn2SiA,H08A

20、20gHJ431

J507E5515-GH08MnA

基層

09Mn2H08MnA

J502,J507E5003.E5015

16MnH08Mn2SiAHJ431

J557E5515-G

15MnTiIH0Mn2

A302,A307E309-16,E309-15

過渡層H00Cr29Nil2TiAlHJ260

A312E309MO-16

!Crl8Ni9TiA102.A107E308-16,E308-15

H0Crl9Ni9Ti

0Crl8Ni9TiA132.A137E347-16,E347-15HJ260

H00Cr29Nil2TiAl

0Crl3A202,A207E316-16,E316-15

復(fù)層

H0Crl8Nil2Mo2Ti

Crl8Nil2Mo2TiA202,A207E316-16,E316-15

H0Crl8Nil2Mo3TiHJ260

Crl8Nil2Mo3TiA212E318-16

H00Cr29Nil2TiAl

復(fù)合鋼板的基體和復(fù)層分別選用各自適用的焊接材料進行焊接。關(guān)鍵是接近復(fù)層的過渡

層局部，必須考慮基層的稀釋作用，應(yīng)選用Cr、Ni含量較高的奧氏體填充金屬來焊接過渡層

局部，以免出現(xiàn)脆硬組織,復(fù)合鋼板的基層較薄時（如總厚度不大于8nlm）,可以用奧氏體

焊條或填充金屬焊接復(fù)合鋼的全厚度，這時更需考慮基層材料的稀釋作用。

當復(fù)合鋼板的厚度小于25mm時，基層也可全用E309-16等焊條，但焊接剩余應(yīng)力稍大些,

消耗不銹鋼焊條多。當復(fù)合鋼板的厚度大于25mm時，可先用鐵素體焊條施焊一層過渡層，然

后再用碳鋼焊條焊接基層,復(fù)合鋼單面焊焊接材料的選用見表160

表16復(fù)合鋼單面焊焊接材料的選用

手工電弧焊埋弧焊

復(fù)合鋼板備注

牌號型號焊絲焊劑

0Crl8Ni9Ti

A102,A107E308-16,E308-15

復(fù)層!Crl8Ni9Ti———

A002E308L

0Crl3

過渡層—純Fe————

Q235,20J422E4303H08AHJ431最初兩層手

基層

J422,JbO2E43U3,E3UU3HU8A工電弧炸，其余

（有過渡層）20gHJ431

J507E5015H08MnA用埋弧焊

16MnT507.1557E5015,E5515-GH08MnA

HJ431

15MnTiJ607E6015-GH10Mn2

20,20g

基層A302E309-16HCr25Nil3

16Mn1IJ260

（無過渡層）A307E309-15H00Cr29Nil2TiAl

15MnTi

（4）復(fù)合鋼的焊接工藝

根據(jù)復(fù)合鋼板材質(zhì)、接頭厚度、坡口尺寸及施焊條件等確定焊接工藝，通常選用手工電

弧焊、埋弧焊、氮弧焊、氣體保護焊等。目前常用氫弧焊焊接復(fù)層，用埋弧焊或手工電弧

焊焊接基層。

①焊接順序復(fù)層鋼的焊接順序為：先焊基層，再焊過渡層，最后焊復(fù)層（見圖5）,

以保證焊接接頭具rr良好的耐蝕性。同時還應(yīng)考慮過渡層的焊接特點，盡量減少復(fù)層一側(cè)的

焊接工作量。角接接頭無論復(fù)層位于內(nèi)側(cè)或外側(cè)，均先焊接基層。復(fù)層位于內(nèi)側(cè)時，在焊復(fù)

層以前應(yīng)從內(nèi)角對基層焊根進行清根。復(fù)層位于外側(cè)時，應(yīng)對基層最后焊道進行修光。焊接

復(fù)層時，可先焊過渡層，也可直接焊復(fù)層，這要根據(jù)復(fù)合鋼板厚度而定。為了防止第一道基

層焊縫中熔入奧氏體鋼，可預(yù)先將接頭附近的復(fù)層金屬加工掉一局