摘要：不锈钢复合钢板是一种由基层和复层复合而成的双层金属钢板其基层主要满足结构强度和刚度要求复层满足耐蚀、耐磨等特殊性能要求。由于基层与复层在化学成分、金相组织、物理性能等方面差别很大可以充分利用两种材料的不同特性来满足工程需要，这样可以节约大量不锈钢，具有良好的经济效益。
本文在不锈钢复合钢板设备的制作下料、坡口制备、组对装配、现场焊接等焊接工艺要求的关键过程中，提出合理的工艺措施和焊接工艺要点，从而达到控制现场不锈钢复合钢板焊接质量的目的。
关键词：不锈钢复合板；焊接工艺；钢煤斗；耐磨；耐腐蚀
1、项目简介
我公司承建的京能五间房电厂新建工程一号机组设计共有7个钢煤斗，其中6个圆形煤斗，1个方形煤斗，总质量为437.966吨。煤斗为裙带支撑式钢煤斗，煤斗裙带落在标高为25m混凝土煤斗支撑梁上。混凝土煤斗支撑梁顶设预埋铁板，煤斗支撑裙带底板与支撑梁顶预埋铁板焊接连接，焊脚16mm。方煤斗支撑梁为矩形圈梁，方煤斗裙带底板为矩形结构；圆煤斗支撑梁为环形圈梁，圆煤斗裙带底板为环形结构。每个钢煤斗分为筒仓、裙座和锥体三部分组成。锥斗或方圆台采用复合不锈钢板材料，其中不锈钢内衬材质为1Cr13，厚度为3mm；锥斗基材为10mm，材质为Q235B；方圆台基材为14mm，材质为Q345B。煤斗基层材质为Q235B和Q345B钢焊接时，焊条分别采用E43XX型和E50XX型；复层不锈钢内衬材质为1Cr13，焊接材料选用2Cr13不锈钢焊丝。
2、不锈钢复合板性能分析
不锈钢复合板是由碳素钢或合金钢为基层，不锈钢为复层，以轧制等方法制成的双金属复合板。不锈钢复合材料由基层来保证复合钢板的强度，由复层来保证复合钢板的耐腐蚀等性能，又兼具有碳钢良好的可焊性、成形性、拉伸性、导热性的特点。它既不是不锈钢也不是碳素钢或合金钢，它综合了构成组元的优点，而使单组组元的性能不足得到克服，它即优化了材料设计，又体现了合理使用材料的原则。同时不锈钢与碳素钢复合而成的不锈钢复合板也以能够降低成本、节约稀缺资源、延长设备的使用寿命、具有良好的导热能力，成为推动不锈钢复合板替代不锈钢的经济因素所在。
与众多钢煤斗耐磨衬板相比，不锈钢复合钢板有其不可替代的显著特点：
2.1高耐磨性
因其合金层的化学成分中碳含量和铬含量较高，碳化物磨损方相垂直分布，耐磨性比铸造合金提高一倍以上。
2.2良好的耐冲击性
耐磨层抵抗磨损介质的磨损，基板承受介质的载荷，充分体现了双金属的优越性，具有良好的耐冲击
性。
2.3较好的耐热性
双金属耐磨复合钢板的耐磨层可以使用在小于600℃工况下。
2.4良好的耐腐蚀性
耐磨复合钢板的合金层中含有高百分比的金属铬故具有一定防锈和耐腐蚀能力。
2.5较高的价格性能比
耐磨复合钢板虽然制造成本较高，但使用寿命亦数倍提高，使得维修费用和停机损失大为降低其价格性能比比普通材料高约2-4倍。
2.6方便的加工性能
耐磨复合钢板可以切割、调平、打孔、弯曲和卷曲等。
3、不锈钢复合板焊接性能
不锈钢复合板材质为Q235B/Q345B+1Cr13，复层1Cr13为马氏体不锈钢，它与基层低合金钢Q235B和Q345B的物理性能差别较大。基层和复层化学成分见下表：
不锈钢复合板中的基层为Q235B和Q345B，其韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性，运用范围较广泛。
不锈钢复合板中的复层为1Cr13不锈钢，其组织以马氏体为基体。属于马氏钢，焊接性差，有强烈的冷裂倾向，且导热性差，焊缝及热影响区焊后均为硬而脆的马氏体组织，钢中含碳量越高冷裂倾向越大。
1Cr13不锈钢无论焊前原始状态如何，冷却速度较快时，近缝区必会出现硬化现象，形成粗大马氏体的硬化区。所以焊接时的冷却速度也是一个重点。
复层马氏体不锈钢焊接所遇到的主要问题就是冷裂纹。钢种的淬硬倾向、焊接接头含氢量及其分布以及接头所承受的拘束应力状态是导致焊接接头产生冷裂纹的主要原因。
4、焊接工艺控制措施
由于存在上述问题，一般在焊接不锈钢复合板时在基层和复层间加一道过渡层。即对于不锈钢复合板的焊接分三部分考虑：基层的焊接、过渡层的焊接及复层的焊接。
4.1焊接材料的选择
4.1.1基层焊材的选用
为保证使用性要求，焊接成分应于母材相同。基层焊接时采用手工电弧焊进行焊接。Q235B焊接选用J422焊条；Q345B焊接选用J507焊条；Q235B和Q345B焊接时选用J422焊条。
4.1.2过渡层和复层焊材的选用
根据图纸设计要求，不锈钢与不锈钢或与Q235B钢焊接时，焊接采用2Cr13不锈钢焊丝，考虑到焊接效率和施工成本，本工程过渡层和复层采用二氧化碳气体保护焊方法焊接。2Cr13不锈钢焊丝可用于焊接相同类型的不锈钢、异种钢，熔敷金属具具有良好的抗裂性及抗氧化性，并且能降低焊缝中碳的含量，进而减少焊接冷裂纹。
4.2坡口形式确定
根据图纸及工艺要求，不锈钢复合钢板为自带坡口，坡口形式为双面焊接X形坡口，如下图，图右所示：
不锈钢复合钢板 坡口示意图
4.3焊接技术要求
锈钢复合板焊接线能量直接影响到接头的抗裂性能、耐腐蚀性能、焊接变形等。因此，电站不锈钢复合板焊接时，在保证完全焊透、完全熔合的情况下，尽量采用小电流、低电压、短弧焊焊接，以减少热输量，改善接头性能，减少焊接变形。
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。不锈钢复合钢板的基层主要满足结构强度和刚度的要求，复层满足耐蚀、耐磨等特殊性能的要求。由于基层与复层是由两种化学成分、力学性能差别很大的金属复合而成，焊接时应对基层和复层分别进行焊接。而过渡层的焊接属于异种钢的焊接，其焊接性能要兼顾基层和复层两种钢材的性能。
5、防止复层损伤的措施
5.1为了防止复合层的损失，在不锈钢复合板出厂前应对复层用粘胶布进行保护，卷板时，对卷板机滚筒用麻绳或包不锈钢皮进行保护。
5.2起吊时用专用工装卡具进行起吊。
5.3对口焊接时，严禁随意在复层点焊临时对口铁件和吊装吊耳等，当存在点焊铁件时，应对该部位采用专用砂轮片进行打磨，平滑过渡，并对打磨位置做PT检测。
5.4焊工在筒体内进行焊接时，必须穿布鞋或胶底鞋，严禁用电焊榔头在复层表面进行敲击。
6、不锈钢复合钢板与传统不锈钢内衬的优劣性对比
6.1下料
传统不锈钢内衬为整块不锈钢板，需要根据钢煤斗内壁弧度进行计算下料，且壁厚较薄，需预留下料和焊接时收缩的余量，薄壁不锈钢内衬残余变形大，尺寸精度难以控制。不锈钢复合钢板基层和复层为一个整体，板厚较厚，无需重新进行下料和计算收缩余量。
6.2卷制
卷制过程中不锈钢内衬的弧度需要根据钢煤斗内壁尺寸反复进行计算和测量，以保证拼焊时与钢煤斗内壁的紧密性。复合钢板卷制时只需考虑钢煤斗拼装时的尺寸要求。
6.3焊接工艺方面
6.3.1采用不锈钢内衬时的焊接分析
①不锈钢内衬与钢煤斗内壁焊接前需要对煤斗内壁施焊部位进行打磨，清理干净，焊接表面清洁度要求高。
②不锈钢内衬与钢煤斗内壁需要贴紧后满焊，为了保证不锈钢内衬与煤斗内壁贴紧，还需对内衬钢板开孔进行塞焊这就大大增加了焊接的工程量。
③由于不锈钢内衬均为薄壁焊接，所以极易变形，焊接难度大。
④不锈钢内衬与钢煤斗内壁焊接时，需要对钢煤斗拼接焊缝内壁进行磨平，以保证内衬与钢煤斗壁板贴紧。
⑤不锈钢内衬与钢煤斗内壁焊接属于异种钢焊接，焊后极易产生焊接裂纹。
6.3.2采用不锈钢复合钢板时的焊接分析
不锈钢复合钢板由于是一种由基层和复层复合而成的双层金属钢板，避免了使用不锈钢内衬材料焊接时的问题，为施工工期争取了宝贵的时间，降低了施工成本。
复合钢板在整个焊接过程中存在三个过程，分别为基层焊接、过渡层焊接和复层焊接，而过渡层的焊接属于异种钢的焊接，其焊接性能要兼顾基层和复层两种钢材的性能。过渡层焊接是确保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，而不锈钢内衬却不存在过渡层焊接，降低了焊接质量问题的风险。
6.4经济效益
不锈钢复合板的复层为纯不锈钢，基层为碳钢的金属复合材料。它的出现为设备的制造、升级、改造提供了材料保障。使用不锈钢复合板替代原来的纯不锈钢板能够降低设备成本而设备的使用却不受影响。多应用于脱硫塔、钢煤斗等，成本低、耐腐蚀。
综上所述，不锈钢复合板的应用具有广阔的发展前景，在电力建设行业中越来越多地应用在耐磨、抗腐蚀较高的设备上，维护周期短、使用寿命长。使用复合钢板可节省大量的不锈钢或非铁等贵金属材料，可以降低工程成本，复合层一般只有复合板总厚度的10-20%，可节约成本40-60%，具有很高的经济价值。
参考文献：
[1]《焊接工艺评定报告》 2016版
[2]《焊接专业施工组织设计》
[3]《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2012）
[4]《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）
[5]《侧煤仓上部结构钢煤斗施工作业指导书》
[6]《京能五间房电厂一期2×660MW机组工程施工组织总设计（一标段）》
[7]制造厂提供的有关图纸及资料
作者简介：
[1]吴建岭 男 38岁 天津电力建设有限公司 职务：总工程师 职称：（副）高级工程师
[2]王卫涛 男 33岁 天津电力建设有限公司 职务：专业经理 职称：助理工程师
论文作者:吴建岭,王卫涛
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：不锈钢论文; 钢板论文; 内衬论文; 基层论文; 复合板论文; 内壁论文; 性能论文; 《电力设备》2018年第26期论文;