316L不锈钢管与Q345B复合不锈钢管的焊接

2020-07-29 14:26:41

浙江至德钢业有限公司以巴基斯坦汗华水电站大坝表孔弧形闸门316L不锈钢管与Q345B复合不锈钢管的焊接为例,介绍复合不锈钢管焊接过程中的注意事项,包括焊接材料选择,焊接顺序及焊接工艺参数要求,从板材下料、坡口制备及拼接缝的焊接等方面阐述复合不锈钢管的焊接质量控制要点。


一、概述


  316L不锈钢管与Q345B复合不锈钢管,是由022Cr17Ni12Mo2不锈钢覆层和Q345B低合金钢基层进行复合爆炸焊而成的双金属板,如图所示。通常覆层只占总厚度的10~20%,其基层满足焊接钢结构的强度及刚度要求,覆层满足耐腐蚀性的要求,这两种材料的结合既保证了产品优良的使用性能,又大大节省了昂贵的不锈钢材料,是新型的工业产品,被广泛用于水利水电工程建设。本文以巴基斯坦汗华水电站大坝表孔弧形闸门316L不锈钢管与Q345B复合不锈钢管的焊接为例,介绍复合不锈钢板焊接过程中的注意事项,包括焊接材料选择,焊接顺序及焊接工艺参数要求,从板材下料、坡口制备及拼接缝的焊接等方面阐述复合不锈钢板的焊接质量控制要点。


二、复合不锈钢板的焊接特性


 316L不锈钢管覆层具有优异的耐腐蚀性能,而Q345B低合金钢基层具有优良的结构强度,因此制作成的弧门面板有较好的使用性能。其复合不锈钢板的化学成分见表。


  复合不锈钢板焊接时,要注意两方面的问题:


  ①. 对于基层要避免铬、镍等合金含量增高,因铬、镍合金含量增高,基层焊缝中会形成硬脆组织,容易产生裂纹,影响焊缝强度;


  ②. 对于覆层要避免增碳,因覆层焊缝增碳会大大降低其耐腐蚀性,因此焊接工作比单层钢板复杂得多,必须采取特殊的焊接工艺。


三、复合不锈钢板的焊接工艺


 1. 焊接材料的选用


  由于复合不锈钢板焊接的特殊性,同一条焊缝需采用三种不同的焊接材料来焊接完成,以保证焊缝的质量。因此,选用E5015型焊条进行Q345B低合金钢基层的焊接,以达到与基层同等的强度。选用A022焊条进行022Cr17Ni12Mo2不锈钢覆层的焊接,用A312焊条进行过渡层(基层与覆层交界处)的焊接,它们都具有良好的抗裂性能和焊接性。其所选用焊条熔敷金属的化学成分见表2。


 2. 焊接坡口的形式与组拼


   a. 坡口形式


  弧形闸门316L不锈钢管+Q345B复合不锈钢面板厚24mm,其中复层厚4mm。焊接时考虑焊接变形的控制,面板的坡口开设成双面坡口,即在基层侧开“U”型坡口,在覆层侧开“V”型坡口,中间留2mm的钝边。


   b.下料和坡口制备


  复合不锈钢板的切割采用数控等离子切割,切割时覆层朝上,避免将切割熔渣溅落在覆层表面上。切割后对影响焊接质量的切割表面层采用刨边机加工去除,然后再进行焊接坡口的刨制。


   c. 组拼


   面板组拼时,必须以覆层为基准对齐,避免产生错边,影响覆层的焊缝质量,错边量最大不应超过0.2mm,坡口间距应不大于0.5mm。定位焊必须焊在基层上,长度应控制在30~50mm。


  3. 焊前清理


   面板组拼焊缝焊接前,应将坡口表面50mm范围内的油污、水迹及污物清除干净方可施焊。


  4. 焊接方法


   复合不锈钢板基层及覆层的焊接均采用手工焊条电弧焊焊接。


  5. 焊接顺序


   a. 复合不锈钢面板焊接时,按先焊接基层焊缝,然后焊接过渡层,最后焊接覆层焊缝的焊接顺序进行施焊。焊接过程中注意,不能使用低合金钢焊接材料在过渡层和覆层焊缝上施焊。


   b. 过渡层焊缝应同时熔合基层焊缝、基层母材和覆层母材,且应盖满基层焊缝和基层母材。


   c. 过渡层的焊缝在不锈钢复合板对接接头中的位置如图3所示,其中a=0.5~1.5mm,b=1.5~2.5mm,且过渡层的焊接厚度应控制在2~3mm内。


  6. 焊接工艺参数


   a. Q345B低合金钢管基层的焊接选用直径4.0mm的E5015型焊条进行焊接,焊接电流160~180A,电弧电压23~25V,焊接速度160~180mm/分钟,焊接的层间温度控制在250℃左右。


   b. 过渡层的焊接,先采用碳弧气刨清根,然后采用砂轮机将焊缝打磨出金属光泽的表面,最后在选用直径3.2mm的A312焊条进行焊接,焊接电流90~120A,电弧电压23~25V,焊接速度150~160mm/min,焊接的层间温度控制在150℃左右。


   c. 316L不锈钢管覆层的焊接选用直径4.0mm的A022焊条进行焊接,焊接电流150~160A,电弧电压23~25V,焊接速度160~180mm/min,焊接的层间温度控制在250℃左右。


四、焊接时应注意的问题


   1. 在基层焊接时,必须用基层焊条,不可使用不锈钢焊条。


   2. 严禁用基层焊条焊到覆层或用过渡层焊条焊到覆层面上。


   3. 低合金钢焊条的飞溅物落在覆层的坡口面上时,要及时仔细的清除干净。


   4. 覆层焊缝焊接时,为减小热影响区,降低合金稀释率,宜采用小电流、直流反接、多层多道焊,焊接时焊条不宜做横向摆动。


   5. 基层焊缝焊接时的飞溅物,粘附在覆层表面将破坏其表面氧化膜,遇腐蚀性介质就形成腐蚀点,所以焊前应分别在坡口两侧150mm范围内涂上防止液或白垩粉,以防止飞溅物的粘附。


五、结语


  对材料为316L不锈钢管和Q345B复合不锈钢板,采用手工焊条电弧焊的焊接工艺,通过焊接性试验和焊接工艺评定,并检验焊接质量,测试焊接接头的力学性能,结果表明,焊接工艺参数合理、焊缝质量良好、焊接接头强度及塑性达到要求。在实际弧门面板焊接过程中,产品焊接质量稳定,一次探伤合格率达100%,完全满足产品的技术要求。


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