不锈钢复合钢板焊接裂纹防治措施研究
摘 要：本文通过不锈钢复合钢板在电站机组钢煤斗椎体的制作焊接过程中极易产生裂纹，影响整体施工质量及使用的安全性这一问题，通过工程实际，对不锈钢复合钢板焊接裂纹产生原因进行了分析研究，制定相应防治措施降低或消除裂纹。
关键词：不锈钢复合钢板；焊接裂纹；工艺措施
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.15.014
1 引言
近年来，随着不锈钢复合钢板制造工艺的日臻完善，凭借其良好的复合性能，在电站施工中应用也越来越广泛。但由于碳钢与不锈钢在物理性能方面和化学成分及组织，包括焊接性能方面存在差异较大，在焊接过程中极易产生裂纹，影响整体施工质量及使用安全性。
某1000MW燃煤机组钢煤斗锥体就是采用不锈钢复合钢板，其材质为Q345B+ 0Cr18Ni9，在制作焊接过程中经探伤发现焊缝存在较多裂纹，本文就不锈钢复合钢板焊接裂纹防治措施进行研究。
2 现状调查
不锈钢复合钢板在焊接时，存在不锈钢复层合金元素稀释、增碳现象，碳钢基层硬化和脆化等问题，在焊接应力及其他因素的共同作用下产生裂纹，同时现场工期较紧，焊接作业人员不够重视，质量意识淡薄，工艺措施不到位，极易产生焊接裂纹，是危险性极大的常见焊接缺陷之一。
3 原因分析
（1）复层合金元素稀释及马氏体组织产生。因为复合层中的Cr、Ni元素部分被焊接烧损加之基层焊缝造成的稀释作用，至使焊接接头中Cr、Ni两种元素的含量降低，同时在复合层中焊接接头的含碳量增加，容易造成马氏体组织的产生，从而使得焊接接头塑性、韧性发生降低，耐腐蚀性能受到影响。同时，马氏体组织的存在容易使焊接或者设备运行中产生裂纹，造成焊接接头的过早失效。（2）基层发生组织脆化。在基层的焊接过程中容易使不锈钢复层发生熔化，造成合金元素的掺入，致使碳钢基层的焊缝金属硬化、脆化现象加剧，甚至于在过渡层产生的硬化带厚度达到了2.5mm，由于硬化带对冷裂纹极为敏感，容易使其产生焊接裂纹。（3） 发生应力集中。因为不锈钢复层存在热导率较低（仅为基层的1/2），线膨胀系数较大（达到基层的1.3倍）因素，导致在施工中焊接过渡层时容易产生较大的焊接变形和应力集中，造成了焊接裂纹的发生。（4）工艺措施选用不当。在施工中若是焊接工艺措施执行不当，加之焊接环境、焊接接头中杂质的含量较高，装配间隙较大，存在强力对口等因素，也会导致焊接裂纹产生。
4 防治措施
通过以上原因总结分析，并查阅相关技术规程规范、文献，结合现场施工实际，对不锈钢复合钢板焊接采取以下防治裂纹产生的措施：
（1）对于不锈钢复合钢板采用机械加工的方法进行切割、坡口加工等，其切割面应光滑无毛刺等；若是采用剪床进行切割，其复层那面应朝上放置。若采用等离子进行切割时，要求复层朝上，且做好防护措施，防止切割产生的熔渣落在下面的复层上。对于不锈钢复层的打磨清理，必须要使用不锈钢专用工器具。
（2）在进行现场的装配时，以复层为基准，错边量应小于复层厚度的1/2，且≦2mm，当所用的复层厚度不同，應当按较小的复层厚度，进行错边量的选取。
（3）焊接时的定位焊需要焊在基层母材上，焊接材料应采用与基层金属相同或相近的材料，定位焊缝不得熔合不锈钢复层，焊缝表面不得有裂纹、气孔和夹渣。
（4）焊接宜先焊接基层，再焊接过渡层，最后焊接复层。
（5）基层焊道焊接时，焊道根部或表面距离复合面达到1mm～2mm，严禁碰触或者熔化复材金属，对于焊缝余高需符合相关标准规定内容。
（6）基层焊接完成后，进行背面清根：先采用碳弧气刨进行底层清理，然后采用机械打磨方式去除渗碳层，修磨出覆层坡口。
（7）对于过渡层的焊接，在保证熔合良好的前提下，做到尽量降低基材金属的熔入量，以便降低熔合比。因此，需要采用较细的焊条或焊丝，焊接线的选取也要小，而过渡层的增加厚度≧2mm。焊条不作摆动或小幅摆动快速焊接。过渡层和覆层焊接时，层间温度控制在150℃以下。降低焊缝熔合比，控制层间温度是防止产生裂纹的有效措施。
（8）复层的焊接时，必须要保护好复层表面，特别是要防止焊接飞溅物等对复层表面的损伤，做到不在复层的表面引燃电弧、焊接卡块、吊耳及临时支撑等。复层焊缝的表面应尽量做到与复层表面保持平整和光顺，不得存在错边。对于不符合要求的焊缝，可先进行补焊，然后再用角向打磨机进行修磨，使其平整。
（9）覆层的焊接时，为减少焊接热影响区，降低合金的稀释率，应当采用直流反接、小的焊接电流、多层多道焊，不横向摆动焊条。
具体工艺如下表所示：
（10）加大现场巡查监管力度，严格控制焊接施工过程，从坡口的打磨组对、焊接工艺参数执行、层间温度的控制、焊后检查等一系列环节进行严格要求和控制，焊后对焊口及时进行外观检查和及时探伤。
5 研究总结
（1）施工前进行交底，重点加强工艺的执行，交底详细并记录。（2）针对于现场工艺执行状况，落实现场考核制度，增强施工人员对工艺的执行力。（3）加强施工人员的培训，丰富培训方法，提高趣味性，不断提高质量意识。（4）派专人检查并落实现场工艺执行情况，做到全面监督。
6 结论
通过对不锈钢复合钢板焊接裂纹防治措施研究，优化不锈钢复合钢板在施工现场焊接工艺及流程，有效控制了不锈钢复合钢板焊接裂纹的产生，确保其焊接质量，延长其产品的使用年限；同时为不锈钢复合钢板的焊接裂纹防治提供宝贵经验。
参考文献：
[1]不锈钢板的焊接工艺规程[DB/OL].百度文库.
[2]纪永杰等.不锈钢复合钢板焊接探讨[J].设计与制造.
[3]黄东辉.不锈钢复合钢焊接裂分析与防止措施[J].特种设备安全技术.
作者简介：李保（1989-），男，山东新泰人，本科，主要从事电力建设焊接热技术管理工作。