專利名稱：用于復合板對接焊的焊接工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種焊接工藝方法，尤其是涉及一種用于復合板對接焊的焊接工藝方 法。
背景技術：
以白銅復合材料、不銹鋼復合材料為代表的復合板，主要用于石化、海水工程中的 耐腐蝕設備和管道中。這些復合材料基本上都是由基層和復合層組成，基層一般由低碳鋼 或低合金鋼構成，它主要滿足設備在使用中的強度和剛度要求，復合層材料取決于腐蝕介 質(zhì)，在石化、海水工程中選用主要成分為銅鎳合金的白銅或不銹鋼等材料，以滿足設備的耐 腐蝕性要求。復合層厚度一般為材料總厚度的10-20%，如果在同種耐腐蝕介質(zhì)中使用單純 的白銅管、不銹鋼管，則整個工程造價非常昂貴，而使用復合材料，既能滿足使用性能的需 要，而費用又可以降低一半以上，但是使用復合材料，焊接質(zhì)量能否保證設計所需要的力學 性能和抗腐蝕性能就顯得至關重要。而目前在行業(yè)內(nèi)部，對以白銅復合材料、不銹鋼復合材料為代表的復合板的焊接 均很少涉及，尤其是白銅復合管的對接焊接更是從來沒有涉及到過。我們知道，復合材料的 復合層和基層由于它們的物理性能、化學性能差異很大，使用的目的也不相同，為了保證復 合材料焊后滿足設計的綜合性能，基層和基層的連接焊縫必須保證等強度的原則，即力學 性能必須滿足設計的要求，復合層與復合層的連接縫必須保證耐腐蝕性的需要，即化學性 能必須與之匹配。基層與基層、復合層與復合層之間的焊接，為同種金屬焊接，其焊接工藝 方法較為簡單，關鍵問題是基層與復合層界面處的焊接即過渡層的焊接。由于電弧高溫作 用下，熔池液體金屬由被熔化的基層材料、復層材料和焊絲三部分組成，并按熔合比確定， 加之三種材料在物理性能、化學性能、焊接冶金特征上均存在很大的差異，高溫下合金組元 相互間滲透、擴散、稀釋，在白銅復合板過渡層焊縫中，銅滲到鋼晶粒之間，產(chǎn)生熱應力，焊 縫產(chǎn)生熱裂紋，而在白銅復合層焊接時，由于過渡層里存在富鐵帶，而導致鐵、碳合金滲透 到復層，破壞復層的耐腐蝕性能；在不銹鋼復合層焊接時，由于稀釋和擴散，焊縫金屬將形 成脆性馬氏體組織，降低焊縫的塑性，并有可能出現(xiàn)裂紋。為了將上述復合板應用到生產(chǎn)中，研究開發(fā)一套既能保證復合板焊接后機械性 能，又能滿足防腐要求的復合板對接的焊接工藝方法就顯得十分重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種既能保證復合板對接焊縫的機械性能， 又能滿足焊縫防腐要求的用于復合板對接焊的焊接工藝方法。為解決上述技術問題所采用的技術方案是用于復合板對接焊的焊接工藝方法， 包括以下步驟，a、對相互對接的復合板的基層和復合層分別倒焊接坡口 ；b、復合板對接裝配；
c、焊接操作，包括以下步驟，1)、先焊接第一層焊縫；2)、再焊接過渡層焊縫，焊接材料采用主要合金元素的含量比復合層材料的主要 合金元素的含量高的焊接材料，焊接電流取焊接材料使用說明書規(guī)定的下限值、焊接電壓 和焊接速度分別取焊接材料使用說明書規(guī)定的上限值；3)、最后焊接第三層焊縫。進一步的是，在對相互對接的復合板的基層和復合層倒焊接坡口時，基層倒單面V 型或U型坡口 ；復合層相對于基層對接邊伸出2 3mm;采用單面焊接法，第一層為復合層， 第三層為基層；復合層采用與被焊接母材金屬的力學性能和化學性能相匹配的焊接材料， 基層采用鎳基焊材。上述方案的優(yōu)選方式是，采用單面焊接法焊接第一層時，背面復合層根部焊道充 有保護氣。進一步的是，在對相互對接的復合板的基層和復合層倒焊接坡口時，基層倒單面V 型或U型坡口 ；復合層相對于基層對接邊緣縮進2 3mm時，采用雙面焊接法，第一層為基 層，第三層為復合層；基層、復合層采用與被焊接母材金屬的力學性能和化學性能相匹配的 焊接材料。。進一步的是，在對復合板的基層和復合層倒焊接坡口時，基層和復合層整體倒雙 面K型坡口 ；采用雙面焊接法，第一層為基層，第三層為復合層；基層、復合層采用與被焊接 母材金屬的力學性能和化學性能相匹配的焊接材料。。上述方案的優(yōu)選方式是，在焊接完第一層焊縫之后，焊接過渡層焊縫之前，先對基 層根部進行清根處理，再焊接過渡層焊縫。進一步的是，過渡層和復合層焊接時，其層間溫度要小于150°C，焊接電流取焊接 材料使用說明書規(guī)定的下限值、焊接電壓和焊接速度取焊接材料使用說明書規(guī)定的上限值。本發(fā)明的有益效果是通過對相互對接的復合板的基層和復合層分別倒焊接坡 口，保證在分別焊接基層和復合層時，其它部分的金屬元素盡量少甚至不會熔合到焊接部 分的焊縫金屬中。在對過渡層進行焊接操作時，焊接材料選用主要合金元素含量比復合層 材料的主要合金元素含量高一個等級的焊接材料，既滿足了基層材料與復合層材料兼容的 焊接性能要求，又確保了鐵基元素的相互滲透在這一層焊縫金屬中達到飽和，保證了基層 和復合層焊縫金屬的單一性，使復合層的防腐性得到保證，基層的機械性得到保證；焊接參 數(shù)盡量采用較小的線輸入能量，使焊接熔池盡可能的最小，從而避免了高溫下合金組元相 互間的滲透、擴散和稀釋，從而保證了焊縫的機械性能。


圖1 圖4為本發(fā)明涉及到的復合板對接的對接坡口形式結構示意圖；圖5 圖7為本發(fā)明涉及到的復各板對接的對接焊縫的熔合剖視圖。圖中標記為基層1、復合層2、復合層根部21、過渡層3、根部31、過渡部分32。
具體實施例方式如圖1至圖7所示是本發(fā)明提供的一種既能保證復合板對接焊縫的機械性能，又能 滿足焊縫防腐要求的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，所述焊接工藝方法包括以下步驟，a、對相互對接的復合板的基層1和復合層2分別倒焊接坡口 ；b、復合板對接裝配；c、焊接操作，包括以下步驟，1)、先焊接第一層焊縫；2)、再焊接過渡層3焊縫，焊接材料采用主要合金元素的含量比復合層2材料的主 要合金元素的含量高的焊接材料，焊接電流取焊接材料使用說明書規(guī)定的下限值、焊接電 壓和焊接速度分別取焊接材料使用說明書規(guī)定的上限值；3)、最后焊接第三層焊縫。在對復合板的基層1和復合層2倒焊接坡口時，可以如圖1、圖2和圖3所示，采用 對基層1倒單面V型或U型坡口，可以不留鈍邊，也可以留0. 5 Imm的鈍邊；復合層2相 對于基層1根部31縮進或伸出2 3mm。也可以如圖4所示，采用基層1和復合層2整體 倒雙面不對稱K型坡口。 當采用如圖3所示的對基層1到單面V型或U型坡口，復合層2相對于基層1根 部31伸出2 3mm時，采用如圖7所示的單面焊接法，第一層為復合層2，第三層為基層1， 即焊接順序為先焊復合層2，再焊過渡層3，最后焊接基層1。我們知道，焊縫的焊接過程其 實就是一個金屬局部熔化、冶煉的過程，在這個過程中，金屬元素接觸到空氣中的氧氣時， 很容易被氧化，尤其是復合層2被加熱到高溫的條件下，又沒有與空氣中的氧氣隔離開時， 復合層2中的合金元素很容易被氧化，從而改變復合層2原有的機械性能和化學性能。為 了減小復合層2中合金元素在焊接過程中的氧化量，在采用單面焊接方法，先焊接復合層2 時，在背面復合層根部21焊道充有保護氣，將復合層金屬與空氣中的氧氣隔離開，避免了 合金元素的大量被氧化。當采用如圖1、圖2所示的對基層1倒單面V型或U型坡口，復合層2相對于基層 1根部31縮進2 3mm時；采用如圖5所示的雙面焊接法，第一層為基層1，第三為復合層 2，即焊接順序為先焊基層1，再焊過渡層3，最后焊接復合層2 ；此時，基層1、復合層2采用 與被焊接母材金屬的力學性能和化學性能相匹配的焊接材料。采用這種焊接順序時，在焊 接完成第一層，也就是基層1后，焊接過渡層3時，基層1的根部31表面存在成形不規(guī)則和 未焊透類焊接缺陷的情況，如果在焊接前或焊接過程中不能有效的清除這些缺陷，則無法 保證焊縫的機械性能。為了保證焊縫內(nèi)部的焊接質(zhì)量，尤其是過渡層3與基層1的交接處 的焊接質(zhì)量，通常采用的方法是，在焊接完第一層焊縫之后，焊接過渡層3焊縫之前，先對 基層1根部31進行清根處理，再焊接過渡層3焊縫，這樣在焊接過渡層3時，基層1的焊縫 中便不存在有影響焊縫機械性能的焊接缺陷，能有效的保證焊縫的機械性能。當采用如圖4所示的對基層1和復合層2整體倒雙面不對稱K型坡口時，焊接方 法采用如圖6所示的雙面焊接法，第一層為基層1，第三為復合層2，即焊接順序為先焊基層 1，再焊過渡層3，最后焊接復合層2。采用這種焊接坡口形式，在焊接完第一層后，進行過渡 層3的焊接時同樣應該對基層1根部31進行清根處理，再焊接過渡層3的焊縫。通過上述實施方式，在焊接前先對對接處復合板的基層1和復合層2分別倒焊接坡口，保證了在分別焊接基層1和復合層2時，其它部分的金屬盡量少甚至不會熔合到焊 接部分的焊縫金屬中；同時在對過渡層3進行焊接操作時，先焊基層2根部31的焊道或者 先焊復合層根部21的焊道，然后再焊接過渡部分32的焊縫，此時，焊接參數(shù)也盡量采用較 小的線輸入能量，即采用較小的焊接電流，較大的焊接電壓和較快的焊接速度，使焊接熔池 盡可能的小，避免了高溫下合金組元相互間的滲透、擴散和稀釋，從而保證了焊縫的機械性 能；而且在對過渡層進行焊接時，焊接材料選用主要合金元素含量比復合層材料的主要合 金元素含量高的焊接材料，既滿足了基層材料與復合層材料兼容的焊接性要求，又確保了 鐵基元素的相互滲透在這一層焊縫金屬中達到飽和，保證了后序復合層2焊縫金屬的單一 性，使復合層2的防腐性得到保證。現(xiàn)有技術中，通常的焊接方法包括手工電弧焊、鎢極氬弧焊、氣體保護焊和埋弧自 動焊等，氣體保護焊又分為實芯焊絲氣體保護焊和藥芯焊絲氣體保護焊，不同的焊接方法 其焊透深度即熔池大小不同，工效也不一樣。接合本發(fā)明的焊接工藝方法在過渡層3的過 渡部分31、基層1的根部31以及復合層2焊接時，焊接線輸入能量和熔合比要求較小的情 況，同時又能盡可能的提高生產(chǎn)效率，本發(fā)明焊接工藝方法確定的焊接方法為基層1根部 31和復合層根部21采用鎢極氬弧焊焊接，復合層2和過渡層3采用手工鎢極氬弧焊焊接， 基層的其余各層采用藥芯氣保焊焊接。這樣既然保證了基層1根部31和復合層根部21和 過渡層3的過渡部分32的較小焊接線輸入能量和較小焊接熔合比，減小了基層1和復合層 2之間合金組元的相互滲透，從而最大限度的避免了產(chǎn)生熱裂紋的可能性，也最大限度減小 了復合層2焊縫處防腐性的降低。為了盡量減少過渡層3的合金組元擴散到復合層2中，在焊接過渡層時，其層間溫 度要小于150°C，焊接電流取焊接材料使用說明書規(guī)定的下限值、焊接電壓和焊接速度取焊 接材料使用說明書規(guī)定的上限值。這樣在焊接過程中的線輸入能量最小，形成的焊接熔池 最小，過渡層3中的合金組元也能最少的滲透到復合層2中。焊接裂紋是焊縫中危害最大的焊接缺陷，而有色金屬，特別是像復合板這種既有 有色金屬，又有黑色金屬的金屬材料的焊接，出現(xiàn)裂紋缺陷的傾向更大，為了最大限度的避 免產(chǎn)生焊接裂紋，除了盡量減少合金組元的相互滲透和相互擴散外，另一個重要途徑是，焊 接前采用機械方法及有機溶劑清除坡口兩側至少20mm范圍內(nèi)的油污、鐵銹、金屬屑、氧化 膜及其他污物，使坡口面露出金屬光澤，然后在基層1或復合層2焊接完成后，翻面焊接過 渡層3和復合層2或基層1之前，采用機械方法清理焊根，清除焊道內(nèi)的未熔合和未焊透， 從而清除掉焊縫中存在的應力集中點，達到清除產(chǎn)生焊接裂紋的根源，清理焊根的機械方 法可以采用現(xiàn)有技術中的角磨機打磨焊根，也可以采用現(xiàn)有技術中的風鏟清理，只要能清 除掉焊道內(nèi)的未熔合和未焊透即可。
權利要求
用于復合板對接焊的焊接工藝方法，包括以下步驟，a、對相互對接的復合板的基層(1)和復合層(2)分別倒焊接坡口；b、復合板對接裝配；c、焊接操作，包括以下步驟，1)、先焊接第一層焊縫；2)、再焊接過渡層(3)焊縫，焊接材料采用主要合金元素的含量比復合層(2)材料的主要合金元素的含量高的焊接材料，焊接電流取焊接材料使用說明書規(guī)定的下限值、焊接電壓和焊接速度分別取焊接材料使用說明書規(guī)定的上限值；3)、最后焊接第三層焊縫。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，其特征在于在對相互 對接的復合板的基層(1)和復合層(2)倒焊接坡口時，基層(1)倒單面V型或U型坡口 ；復 合層(2)相對于基層(1)對接邊伸出2 3mm ；采用單面焊接法，第一層為復合層(2)，第三 層為基層(1)；復合層(2)采用與被焊接母材金屬的力學性能和化學性能相匹配的焊接材 料，基層(1)采用鎳基焊材。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，其特征在于采用單面 焊接法焊接第一層時，背面復合層根部(21)焊道充有保護氣。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，其特征在于在對相互 對接的復合板的基層(1)和復合層(2)倒焊接坡口時，基層(1)倒單面V型或U型坡口 ；復 合層(2)相對于基層(1)對接邊緣縮進2 3mm時，采用雙面焊接法，第一層為基層(1)，第 三層為復合層(2)；基層(1)、復合層(2)采用與被焊接母材金屬的力學性能和化學性能相 匹配的焊接材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，其特征在于在對復合 板的基層(1)和復合層(2)倒焊接坡口時，基層(1)和復合層(2)整體倒雙面K型坡口 ；采 用雙面焊接法，第一層為基層(1)，第三層為復合層(2)；基層(1)、復合層(2)采用與被焊 接母材金屬的力學性能和化學性能相匹配的焊接材料。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，其特征在于在焊 接完第一層焊縫之后，焊接過渡層(3)焊縫之前，先對基層(1)根部(31)進行清根處理，再 焊接過渡層(3)焊縫。
7.根據(jù)權利要求6所述的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，其特征在于過渡層(3) 和復合層(2)焊接時，其層間溫度要小于150°C，焊接電流取焊接材料使用說明書規(guī)定的下 限值、焊接電壓和焊接速度取焊接材料使用說明書規(guī)定的上限值。
8.根據(jù)權利要求1 5中任一項所述的用于復合板對接焊的焊接工藝方法，其特征在 于過渡層(3)和復合層(2)焊接時，其層間溫度要小于150°C，焊接電流取焊接材料使用 說明書規(guī)定的下限值、焊接電壓和焊接速度取焊接材料使用說明書規(guī)定的上限值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種焊接工藝方法，尤其是公開了一種用于復合板對接焊的焊接工藝方法。既能保證復合板對接焊縫的機械性能，又能滿足焊縫防腐要求的用于復合板對接焊的焊接工藝方法。所述的焊接工藝方法采用焊前分別對復合板的復合層和基層倒能使在焊接基層或復合層時，其它部分的金屬不會熔合到焊縫金屬中的焊接坡口，并且在過渡層的焊接時選用主要合金含量比復合層的主要合金含量高的焊接材料，然后在焊接過程中，焊接過渡層時，先焊基層或復合層的根部再焊過渡層的過渡部分，并且在焊接參數(shù)的選擇上，焊接電流選焊材料說明書規(guī)定的上限值，焊接電壓和焊接速選擇焊接材料說明書規(guī)定的下限值。
文檔編號B23K9/23GK101982282SQ20101054608
公開日2011年3月2日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權日2010年11月16日
發(fā)明者譚立國, 陳偉, 陳明奎 申請人:四川電力建設三公司