1、復合鋼板焊接工藝評定郭晶張壽增【關鍵詞】鋼板,復合材料,腐蝕,焊接工藝評定【論文摘要】復合鋼板焊接的實質是基層材料的焊接和在基層材料上堆焊耐蝕層，了解這一點對合理進行復合鋼板的焊接工藝評定至關重要。 中圖分類號：TG 44文獻標識碼：BWelding procedure qualification for clad steel platesGUO Jing，ZHANG Shou-zeng(Dalian Nanhai Pressure Vessel Factory，Dalian 116031, China)Abstract:The welding of clad steel plates is

2、essentially the combination of welding of base metal with overlaying of corrosion resistant deposit on the base metal. This acknowledgement is helpful for properly performing the qualification tests.Key words:steel plate; composite;corrosion; welding procedure qualification使用復合鋼板建造化工設備和壓力容器是為了節約貴重耐腐

3、蝕金屬材料，同時利用低合金高強度鋼作基層，提高設備承壓能力，從而實現使用性能和經濟效果優化組合的目的。ASME規范第卷，第QW-217條，是關于復合鋼板焊接工藝評定的專門條文1，是目前最全面、最合理的規定。1復合鋼板焊接本質以單面坡口為例(圖1)，復合鋼板的焊接分兩步來完成：焊接基層，把基層坡口填充至H深度，H小于復合鋼板的基層厚度T。這樣做的目的是為了防止焊接基層部分時熔化復層金屬。這一階段的焊接與焊接單一基層材料沒有任何區別。焊接復層，其基本要點是保持盡量淺的熔深， 以減輕基層材料對耐蝕 熔敷金屬的稀釋作用。不難看出，這一階段焊接的實質，就是在基層材料上堆焊耐蝕金屬。把復合鋼板的焊接明確理

4、解為基層材料的焊接和在基層材料上堆焊耐蝕金屬，對正確理解ASME規范關于復合鋼板焊接工藝評定條款，恰當而靈活地進行評定實驗，并充分利用評定結果是至關重要的。圖1單面坡口焊接2ASME規范規定2.1評定方法當設計計算計入復層金屬厚度時，需要用復合鋼板進行評定實驗。在拉伸試件和彎曲試件上都必須保留全厚度的復層金屬。對強度計算時不考慮復層金屬厚度的情況，規范規定了兩種方法。第一種方法與前面的相同。第二種方法則完全不用復合鋼板，只用基層材料，分別制備1件坡口焊試板和1件耐蝕金屬堆焊試板，再分別在其上取樣進行力學性能實驗和耐蝕堆焊金屬化學成分分析。2.2評定范圍不論上述哪一種情況，也不管采用哪一種方法進

5、行評定。評定的基層金屬厚度都是由實際焊接的基層金屬厚度按第QW-451條的規定確定的。熔敷金屬的評定厚度，對基層焊縫也由所用焊接方法實際熔敷的厚度按第QW-451條來確定。耐蝕熔敷金屬的評定范圍，下限由化學成分分析來確定，上限沒有限制。對復合鋼板復層金屬(母材)，沒有評定厚度范圍的規定和限制。3討論3.1力學性能實驗對設計計算時計入復層金屬厚度的情況，拉伸試件和彎曲試件上都必須保留全厚度的復層材料。對強度計算時不考慮復層材料厚度的情況，當采用復合鋼板試板進行評定實驗時，拉伸試件上的復層材料一定要加工去除。這種方法不如采用基層材料試板進行評定更為方便。3.2腐蝕實驗和化學成分分析(1)ASME規

6、范把復合鋼板復層焊接工藝的評定，規定為按照在基層材料上堆焊耐蝕層的方法進行。無論ASME規范，還是我國JB 470892都規定，對耐蝕堆焊層只進行化學成分分析，而不進行腐蝕實驗。很明顯其隱含的意思是只要分析部位的化學成分符合規定，分析部位以上的堆焊金屬就具有要求的耐腐蝕性能，勿須實驗證明。所以復合鋼板的焊接工藝評定，不管采用哪種方法都不需要進行腐蝕實驗。(2)ASME規范1992年以前的版本以 及 我 國JB 470892對耐蝕堆焊層的取樣方法規定相同，見圖2a。即先確定評定平面位置，把評定平面以上的堆焊金屬加工棄去。然后從評定平面往下0.5 mm范圍內取樣，進行化學分析。如分析結果合格，則從

7、熔合線到評定表面的距離為評定的最小堆焊層厚度。圖2取樣位置從1995年版開始，ASME規范把耐蝕堆焊層的分析取樣圖改成了圖2b所示的形式。規定直接在確定的評定表面上或從評定表面往下取樣進行化學分析。評定的最小堆焊層厚度為熔合線至評定平面或取樣鉆孔上邊緣的距離。圖中t1t5為根據分析或取樣位置不同，評定的最小堆焊厚度可能值。3.3與其他焊接工藝評定的關系ASME規范對復合鋼板焊接工藝評定的規定，不僅恰如其份地體現了復合鋼板焊接的實質，而且建立起了復合鋼板焊接工藝評定與基層材料坡口焊評定及耐蝕層堆焊評定之間的關系。尤其強度計算不計復層材料厚度，又不用復合鋼板，而只用基層材料進行評定時，這種關系表現

8、得尤為明顯。這對實際評定工作帶來以下幾點方便。(1)一個單位在第一次制造復合鋼板設備之前，一般生產過許多臺單一材料的鋼制設備，積累有許多項焊接工藝評定報告。如果復合鋼板的基層材料與過去評定實驗用的試板材料相同或可以劃歸在同一分類號之下，其他條件又在覆蓋范圍之內，則完全可以用已完成的評定支持復合鋼板基層材料的焊接工藝，而不必另做重復評定。在這種情況下，只需做一項耐腐蝕堆焊評定就夠了。(2)一個單位在生產首臺復合鋼板設備之前，還可能制造過不銹鋼設備。為節約不銹鋼材料，現在大多數不銹鋼設備上的人孔和大直徑接管都采用組合形式，其典型結構見圖3。其中焊縫A焊接的實質，就是在碳素鋼或低合金鋼上堆焊耐蝕層。

9、如果其他條件都在覆蓋范圍之內，那么為焊接象圖3中A這類焊縫而完成的焊接工藝評定，也同樣可以用來支持復合鋼板復層材料的焊接，而不必重新評定。所以為制造復合鋼板設備，即使是剛起步，也不一定需要進行全套焊接工藝評定工作，甚至一項都不需要做也有可能。(3)為制造復合鋼板設備完成的焊接評定，尤其是用復合鋼板材料、拉伸試件不保留復層材料或只用基層材料完成的焊接工藝評定，其中對基層的評定結果，完全適用于單一基層材料設備的焊接。為復層焊接完成的評定，也可以用于其他堆焊場合，如大面積堆焊，復合鋼板復層的修復，襯里設備上的焊點及圖3中A類焊縫的焊接。圖3開孔接管結構4實際應用近幾年，作者完成過許多項為制造復合鋼板

10、設備所需要的焊接工藝評定，這些設備都是按復層材料只起抗腐蝕作用設計的。4.1基層材料焊接工藝評定設備的基層材料為20R、16MnR和15CrMoR(國內設備)及SA-516、Cr60與SA-516Gr70(出口設備)，由于已有許多項用這些材料完成的焊接工藝評定報告，經審查合用，所以沒有再重新進行評定。4.2復層材料的焊接工藝評定用在基層材料上堆焊耐腐層的方法進行評定。(1)評定面位置確定常用坡口形式見圖4a。基層焊完后，先焊過渡層至越過復層和基層材料的結合面約1 mm，然后再焊覆面層。圖4常用坡口形式評定實驗過程：先在基層材料的試板上堆焊過渡層，測量堆焊層表面至基體表面的距離，如果超過2 mm

11、，則加工至2 mm。再在其上堆焊覆面層，而且只堆焊一層。在作了表面滲透檢驗和取出4個側彎試件后，把堆焊層加工到距基體表面2.5 mm處，這就是評定面位置。由此平面往下在0.5 mm范圍內取樣，進行化學成分分析，見圖5。按這種方式完成的多項評定，如果分析結果都符合焊條標準中對焊接復面層所用焊條熔敷金屬的規定范圍，即評定均為合格。這樣評定的最小堆焊層厚度為至基體表面2.5 mm，至過渡層表面0.5 mm。用于復層厚度3 mm的復合鋼板焊接，至少保證自復層鋼板外表面起1.5 mm范圍內的熔敷金屬滿足抗腐蝕性能要求。圖5評定面位置示意(2)元素分析由于使用的化學分析方法不夠先進，取出供分析的樣品有限。所以只分析了決定不銹鋼焊縫腐蝕性能的主要元素C、Cr、Ni、Mo和Nb，而沒有分析Mn、Si、S和P。這樣完成的焊接工藝評定報告，提交外方審查(指出口設備)被認可，授權檢驗師也沒有提出異議。盡管如此，但總覺得尚有待改進和完善。5結論復合鋼板焊接的實質是焊接基層材料和在基層材料上堆焊耐蝕金屬，以文中述及的認識為基礎而確定的復合鋼板焊接工藝評定方法是合理的，在大多數情況下可以減少評定項目