不锈钢复合板焊接缺陷的返修

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1 不锈钢复合板的焊接性
不锈钢复合板的焊接分三部分进 行:基层的焊接、复层的焊接及过渡 层的焊接。基层的焊接和复层的焊接 属于同种材料的焊接,工艺比较成熟; 过渡层的焊接则是异种材料的焊接, 是保证不锈钢复合板焊接质量的关键, 也是复合板焊接难度较大的区域,焊 接过程中存在以下几个问题: 1.1 复层中的Cr、Ni元素部分被烧损,
作者简介:陈卉妍(1977-),工程师。
使焊缝中的Cr、Ni含量降低,影响复 层的耐蚀性。 1.2 由于基层焊缝对复层焊缝的稀释 作用,将降低复层焊缝中的铬镍含量, 增加复层焊缝的含碳量,易导致复层 焊缝中产生马氏体组织,从而降低焊 接接头的塑性和韧性,并影响复层焊 缝的耐腐蚀性。马氏体组织易在焊接 或设备运行中导致裂纹,使接头过早 失效。 1.3 基层焊接时易于熔化不锈钢复层, 使得合金元素渗入而导致碳钢基层焊 缝金属严重硬化和脆化,使过渡层硬 化带的厚度可达2.5mm,该硬化带对冷 裂纹极为敏感并易产生裂纹。 1.4 焊接复层时,基层中的碳易于进 入复层中,使复层的抗腐蚀性能和基 层的强度降低。 1.5 由于不锈钢复层具有低热导率(仅 为基层的1/2)和较大的线膨胀系数 (为基层的1.3倍),因而焊接过渡层 时会产生较大的焊接变形应力,导致 焊接裂纹的产生。
外侧,探伤机放在容器内,由于射线 源在容器内侧,致使靠近射线源的焊 缝内侧缺陷受到放大作用,在底片上 成影模糊,外侧缺陷在底片上成像较 清晰,由此近似判断缺陷靠内侧还是 外侧。 3.1.2 在焊缝两侧沿焊缝方向的未熔 合缺陷一般在过渡层,因为为减少基 层对过渡层焊缝金属的稀释率,往往 采用小电流、快速焊,以至于电弧在 坡口两侧停留时间短,在坡口两侧易 产生未熔合缺陷,所以返修时应从复 层侧返修。 3.1.3 焊缝两侧沿焊缝方向的条形夹 渣,一般都在过渡层,这是因为: 3.1.3.1 在焊基层时焊接电流偏大, 易在坡口内部产生咬边,在焊过渡层 时,采用小电流、快速焊,再加上不 锈钢的液态金属粘度较大,焊接基层 时坡口边缘咬边中的残留物很难溢出, 致使沿焊缝两侧形成夹渣。 3.1.3.2 由于不锈钢复合板的基层和 复层的线膨胀系数不同,或在焊接热 循环的作用下,基层和复层存在较大 的内应力,易造成基层和复层在坡口 边缘张口,焊接时易出现夹渣。 3.1.3.3 由于清渣不彻底,在过渡层 焊缝两侧的死角处存在夹渣,焊接时 又未能溢出,造成夹渣。 3.1.4 不锈钢复合钢板焊接过程中产 生的裂纹一般在过渡层,主要因为在 焊接过渡层时,产生了马氏体组织, 形成A+M的混合组织;同时也是α晶 格到γ晶格的过渡,由于这两种晶格 常数、膨胀系数的差异,焊接时,在 熔合区产生裂纹缺陷。如果施焊人员 严格按工艺施焊,焊接中裂纹倾向并 不大,但返修过程中裂纹倾向较大。
次合格率往往不高,甚至出现多次返 修,主要原因是焊接接头中的缺陷位 置难于定位,缺陷深度难以判断,容 易出现漏返或返修不彻底;其次是返 修过程中产生的焊接应力较大,特别 是经多次返修,过渡层处基层和复层 膨胀系数差异较大,经多次热循环作 用,产生了较大的内应力,致使过渡 层熔合区的微缺陷裂纹源在返修应力 作用下扩展成裂纹;另外,在基层返 修时,在用碳弧气刨清除缺陷时,触 及过渡层,在用基层焊条焊接时,产 生马氏体组织和新的裂纹。多次返修 不但严重影响了复合钢板的性能,而 且导致产生新的裂纹,针对上述问题, 在返修时主要采取以下措施:
返修时,焊条选用与正常焊接时 选用焊条一致,尽量选用小直径焊条, 选用工艺评定的下限参数,采用多层 多道焊接法。焊前将焊条按规定进行 烘烤,使用保温筒盛装,随用随取。 3.2.3 在返修基层时,在焊基层前适 当预热基层(100℃ ̄150℃),清除坡 口内的水分和杂质;焊接过程中连续 施焊,保证层间温度;焊后对焊缝区 加热,加热范围不可过大,一般大于
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于规范小,加上不锈钢的液态金属粘 度较大,坡口内咬边中的残留物难于 溢出,在焊缝两侧形成夹渣。 2.8 焊接前过渡层焊缝两侧死角清理 不彻底,造成夹渣。
3 焊接缺陷的返修
3.1 缺陷位置的确定 不锈钢复合板焊接缺陷返修的一
好会出现多次返修以及返修裂纹。采 查,待基层合格后再进行过渡层焊接,
取以上措施能较好的控制返修质量, 解决了常规坡口形式带来的返修缺陷
但仍然比较繁琐。为了从根本上解决 定位不准确及出现返修裂纹现象,同
这一问题,建议在生产过程中采取如 时也改善了过渡层融合比这个薄弱部
图所示坡口形式,该对接接头具有以 位的受力条件,有利于设备安全运行。
在进行缺陷清除时,如果缺陷在 基层,一般用碳弧气刨予以清除;如 果是在过渡层或是多次返修或拘束应 力较大的部位可用角向磨光机等机械 方法清除焊接缺陷,以减少坡口边缘 的渗碳倾向,为了防止引弧、收弧处 的缺陷叠加,返修处的坡口长度一般 不小于100mm,并且两端应有一定坡 度,对过渡层清除缺陷后,用着色探 伤检查,以确保裂纹全部清除后再进 行返修。 3.2.2 正确选用焊条
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细化晶粒,消除和减少焊接裂纹。
膨胀引起复层张口,避免出现夹渣缺
4 结束语
陷。 4.1.7 过渡层能完全覆盖基层,保证
4.1 不锈钢复合板焊缝的组织和性能 过渡层的焊接质量。
的不均匀性,给返修带来一定麻烦和 4.2 选用这种坡口形式,在基层焊完
困难,缺陷位置的难以确定,控制不 后,可以对基层进行UT或RT探伤检
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不锈钢复合板焊接缺陷的返修
Repair of
the welding defects of stainless steel compound plate
张家港市江南锅炉压力容器有限公司 陈卉妍
[摘要] 本文从不锈钢复合板焊接性分析了焊接接头缺陷形成的原因,并结合实践经验对焊接缺陷返修定位和返 修工艺进行了介绍,提出了采用合理的坡口形式是保证不锈钢复合板焊接质量、避免返修难的有效途径。
现代焊接 2008年第2期 总第62期 J- 43
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附图
钢板厚度的两倍即可,温度控制在250 台阶,可将基层焊缝金属焊至台阶平
℃,保温30 ̄40分钟,以防基层和复层 齐,有利于保证基层焊缝高度。
结合部位开裂。在返修过渡层和基层 4.1.3 由于坡口中台阶的存在,便于
温度,一般小于60℃,以便减少焊接 制融合比,以防止基层对焊缝金属的
www.bzfxw.com 应力,防止返修裂纹产生。在基层和
复层每焊完一层后应立即锤击,锤击
稀释。 4.1.6 复层边缘远离焊缝中心,在焊
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范围在焊缝返修部位两侧的基层外侧 接热循环过程中,最高峰值温度大大
的母材上,宽度范围约为50 ̄60mm,以 降低,避免了因基层焊接时反复受热
下优点: 4.1.1 有利于基层侧清根,不受清根 方法的限制,符合焊接操作方便的原 则。 4.1.2 将基层金属结合面向下开出1.5  ̄2mm深、3 ̄5mm宽的槽,形成一个
参考文献
[1]陈茂华 等《复合材料的焊接》.化学工业出版社, 2005 [2]陈祝年,《焊接工程手册》.机械工业出版社, 2002.1 [3]GB/T13148-91《不锈钢复合钢板焊接技术条件》. [4]JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》.
时,焊前将坡口内及其附近20 ̄30mm 进行过渡层的焊接,有利于保证过渡
范围内用丙酮或酒精等清洗干净,焊 层的焊缝金属高度。
缝两侧100mm范围内涂上防飞溅涂层; 4.1.4 焊接过渡层时,不易损伤复层,
焊接时,采用多层多道焊,焊条不摆 有利于保证复层的焊接质量。
动,控制好线能量,并严格控制层间 4.1.5 便于焊接电流控制,有利于控
[关键词] 不锈钢复合板;焊接缺陷;返修
前言
不锈钢复合板既有基层材料的强 度、刚度和韧性,又有复层材料的耐 蚀,并具有价格低廉等优点,在石油、 化工、轻工、海水淡化、核工业中的 应用非常广泛。然而,由于不锈钢复 合板是由不锈钢和低碳钢或低合金钢 两种材料经爆炸、轧制或爆炸轧制形 成的,而两种组合之间的物理性能、 化学成分和组织上存在较大的差异, 性能也有较大的差别,焊接时操作不 当会造成焊缝缺陷,致使焊缝大量返 修,甚至造成多次返修的情况。针对 这一情况,根据有关资料和生产实践 经验进行了总结,以供参考。
这是因为,在返修时,特别是多次返 修,多次热循环作用会使焊接产生很 大的应力,从而使一些微裂纹(这种 裂纹在X底片上很难出现)扩展成宏 观裂纹。此外,在基层返修用碳弧气 刨清除缺陷时,焊接中仍用基层焊条 焊接,会产生M组织,焊后出现裂纹。 这些缺陷存在于过渡层焊缝中,返修 时应从复层侧返修。 3.1.5 如果在焊缝中心部位有气孔、 夹渣、未焊透等缺陷,一般在基层; 若基层用埋弧焊自动焊焊接,则气孔、 夹渣等缺陷一般在基层;这些情况的 返修应从基层侧进行返修。 3.2 返修工艺 3.2.1 缺陷清除
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对于同一种材料的返修,我们往 往用超声波探测仪来确定缺陷位置, 但对于不锈钢复合钢板,由于两种材 料的物理性能、化学成分和组织上存 在较大差异,在基层和过渡层之间的 界面上将产生波型转换,声束的传播 和波型难以确定,无法确定缺陷位置, 只能确定基层侧的缺陷,为了确定缺 陷位置,大多数情况下只有靠经验来 确定。 3.1.1 用X射线探伤近似确定缺陷位 于基层或复层和过渡层,在压力容器 射线探伤时,底片通常放在容器壁的
2 不锈钢焊接接头缺陷形成 的原因
2.1 焊接方法不正确,导致焊缝稀释
率增大,形成马氏体组织,容易形成 裂纹缺陷。 2.2 选用焊接材料不当,没有选用铬 镍含量高的双相铬镍不锈钢焊条,导 致过渡层受到基层稀释,使熔敷金属 中产生马氏体组织,出现裂纹等缺陷。 2.3 焊接时坡口形式不合理,使焊缝 熔合比太大,增大了复层金属的稀释 率,导致形成马氏体组织,出现裂纹 等缺陷。 2.4 焊工操作时,没有按焊接工艺参 数要求进行施焊过渡层,存在焊接电 流较大或焊接过程中焊速慢或焊条摆 动现象,增大了基层对过渡层的稀释, 导致马氏体组织的产生,出现裂纹。 2.5 在实际生产过程中,焊工在施焊 时,分辨不清基层与复层的界面,将 基层碳钢焊条焊到复层不锈钢上,使 接头产生马氏体组织,出现裂纹等缺 陷。 2.6 由于基层和复层材料的线膨胀系 数不同,在焊接热循环的作用下,基 层和复层间存在较大的内应力,易造 成基层和复层在坡口边缘张口,焊接 时容易出现夹渣。 2.7 基层焊接时焊接电流偏大,在坡 口内部产生咬边,过渡层焊接时,由
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