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1、复 合 钢 的 焊 接石油、化工、航海和军工生产中广泛使用复合钢制造各类耐腐蚀设备。目前应用较多的复合钢是由较薄的不锈钢与较厚的低合金钢通过爆炸焊、轧制或堆焊等工艺方法制成的双金属板材。较厚的珠光体钢部分为基层，基层多半由低碳钢或低合金钢组成，主要满足复合钢在使用中强度和刚度的要求。不锈钢部分为复层，主要满足复合钢的耐蚀性等要求。随着复合钢的应用范围不断扩大，其焊接日益引起人们的关注。1. 复合钢的基本性能1.1 复合钢的力学性能生产中应用较多的复合钢板是以不锈钢、镍基合金、铜基合金或钛合金板为复层，低碳钢或低合金钢为基层，以爆炸焊、复合轧制、堆焊或钎焊方法制成的双金属板材。还可以采用电渣焊生
2、产大厚度（100150mm）的轧制复合钢。通常复层只占复合钢板总厚度的5%50%，一般为 10%20%，最小实用厚度为 1.5mm。复合钢可以节约大量的不锈钢或钛等贵重金属，具有很大的经济价值。碳钢与不锈钢（或镍基合金、钛等）用复合轧制或爆炸焊方法形成的复合钢板，要求具有一定的拉伸、弯曲等力学性能。为了保证复合钢板不失去原有的综合性能，对基层和复层必须分别进行焊接，焊接性、焊接材料选择、焊接工艺等由基层、复层材料决定。 拉伸强度 复合钢中的不锈钢复层的力学性能比基层碳钢优良，抗接强度高于碳钢。复合钢的拉伸强度（ b、 s）可用下式求出。 bc c bd db c d式中 bc碳钢的抗拉强度，M
3、Pa； c碳钢的厚度，mm； bd不锈钢的抗拉强度， MPa； d不锈钢的厚度，mm。在实际设计中，美国在 ASMF 标准中规定：复合钢的整体厚度按基层碳钢的厚度进行设计。日本有关标准通常也按这种规定进行设计。 弯曲性能 测定复合钢的弯曲性能时，可把不锈钢复层放在外侧，也可把碳钢基层放在外侧进行弯曲试验。无论采取哪种方法，都必须根据处于外侧材料的弯曲试验规定进行，目的是为了判断外侧材料的性能。如果把不锈钢放在外侧进行弯曲试验，弯曲半径按与复合钢整体厚度相等的不锈钢厚度弯曲试验所规定的半径进行弯曲，弯曲时外侧必须不产生裂纹。在碳钢为外侧的弯曲试验时，应按碳钢整体厚度的规定进行试验。判断复合钢的弯
4、曲性能时，把不锈钢放在内侧，当不锈钢的厚度为 4.99.5mm 时，半径 R 可按复合钢整体厚度的一半（R=/2）进行弯曲。当不锈钢厚度 9mm 时，弯曲半径R 按等于复合钢整体厚度（R=）进行弯曲。通常规定三个试样中至少一个试样不能在弯曲处的两端有超过 50%的分离现象。碳钢与不锈钢爆炸焊时，由于工艺参数不当，有时在接合面交界处能产生硬化的合金层，当进行弯曲试验时，这种合金层容易形成裂纹。因此，使用爆炸焊复合钢制造承受弯曲载荷的结构时，必须选用没有硬化合金层的爆炸焊复合钢。1.2 不锈复合钢的种类与性能不锈复层钢板是由较厚的珠光体钢（基层）和较薄的不锈钢（复层）复合轧制而成的双金属板。基层多
5、为碳钢或低合金钢，复层多为1CR18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr23Ni28Mo3Cu3Ti 等奥氏体不锈钢，主要满足耐蚀性能等要求。不锈钢复层通常是在容器里层，厚度一般只点总厚度的 10%20%。我国生产的不锈钢复合钢板种类和力学性能见表 1。目前应用较多的是奥氏体系复合钢板和铁素体系复合钢板。不锈复合钢冷轧薄板和钢带宽度 9001200mm、长度 2000mm 的允许偏差应符合 GB/T 708-1988 的规定。成卷交货时钢卷头、尾厚度不正常的长度分别不超过6000mm。不锈复合冷轧薄钢板的厚度允许偏差见表 2。不锈复合钢板总厚度及其允许偏差见表 3。规格/mm复合钢（基
6、层 复层）总厚度 宽度 长度b/MPaS/MPa5/b/MPaQ235 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti) Q235 1Cr18Ni12Mo2Ti(0Cr18Ni12Mo2Ti)370240 22150Q235 1Cr13 370 240 22 15020g 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti) 20g 0Cr18Ni12Mo2Ti(1Cr18Ni12Mo2Ti)410250 2515020g 0Cr13 410 250 25 15012CrMo 0Cr13 410 270 20 150Q235 1Cr18Ni96,8,10,12,14,15,16,181000 200041
7、0 20150Q235 0Cr18Ni12Mo2TiQ235 1Cr18Ni12Mo2Ti20g 1Cr18Ni9Ti16Mn 1Cr18Ni9Ti16Mn 1Cr18Ni12Mo2Ti16Mn 0Cr136,8,10,12,14,15,16,18,20,22,24,25,28,301400180040008000 不低于基层钢的力学性能150表 2 不锈复合冷轧薄钢板的厚度允许偏差复合钢板厚度允许偏差/mm公称厚度/mm 复层厚度允许偏差/mmA 级精度 B 级精度0.81.0 0.07 0.081.2 0.08 0.101.5 0.10 0.122.0 0.12 0.142.5 0.13
8、0.163.0不大于复层公称尺寸的10%0.15 0.17注：不锈复合薄钢板冷轧后进行热处理、酸洗或类似的处理加工，最后获得适当等级的表面粗糙度。表 3 不锈复合钢板总厚度及其允许偏差复合钢板总厚度/mm 410 1115 1625 2630 3160总厚度允许偏差 9% 8% 7% 6% 5%不锈复合钢板表面的质量特征如下。级表面 钢板两面允许有深度不大于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于允许最小厚度的一般的轻微麻点、轻微划伤和辊印。级表面 钢板表面允许有深度不大于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于允许最小厚度的下列缺陷。正面：一般的轻微麻点、轻微划伤、凹坑和辊印。反面：一般的轻微麻点、局部的深
9、麻点、轻微划伤、压痕或凹坑。钢板两面超出上述范围的缺陷允许用砂轮清除，清除深度正面不得大于钢板复层厚度之半，反面不得大于钢板公差。不锈复合钢冷轧薄钢板的力学性能应符合基层材料相应标准的规定，当基层材料选用深冲拉延钢时，力学性能应符合表 4 的规定。在弯曲部分的外侧允许产生裂纹，复合界面不允许分层。表 4 不锈复合钢冷轧薄钢板的力学性能拉 伸 性 能 冷 弯 性 能伸长率 10/%基层钢号抗拉强度 b/MPa屈服强度 s/MPa 复层为奥氏体不锈钢 复层为铁素体不锈钢弯曲角度（d=2）内弯、外弯试验结果08Al 345490 350 28 18 180 不得有分层、裂纹、折断10Al 36551
10、0 360 27 17 180 不得有分层、裂纹、折断注：复层为 0Cr13 钢时，力学性能按复层为铁素体不锈钢的规定。基层为其他钢号时，冷轧复合薄钢板的力学性能按基层牌号相应标准的规定执行。为复合钢板总厚度。不锈复合钢板标准中没有弯曲试验规定时，可不做弯曲试验；如需求方要求做时，弯曲直径 d=4。对称型复合钢板任做一个弯曲试验、非对称型复合钢板进行冷弯试验时，复层厚度大的面在外侧。1.3 复合钢板的接头设计复合钢板焊接接头设计必须考虑便于分别对基层、复层及过渡层焊接施工和避免或减少焊接第一焊道时被稀释的问题。图 1 为不锈钢复合钢板、铜及铜合金复合钢板对接接头的常用坡口形式。钛及钛合金或铝及
11、铝合金复层冶金相容性差。因此在接头设计上应尽量避免或减少基层金属熔入复层金属。所以在接头构造上与不锈钢复合钢板有较大区别。图 2 为钛及钛合金或铝及铝合金复合钢板对接接头的常用坡口形式。对接接头尽可能采用 X 形坡口双面焊。同时考虑过渡层的焊接特点，尽量减少复层一侧的焊接工作量。当焊接位置受限，必须单面焊时，可采用单面 V 形坡口。2. 钛钢复合板的焊接采用钛钢复合板可以大大扩展钛的应用范围和降低结构件的造价，许多国家已经掌握这种复合板的生产技术。我国已经采用爆炸成形以及爆炸轧制技术来生产制造这种复合板并取得良好效果。2.1 钛钢复合板的分类及性能目前，生产钛钢复合板最适宜的方法是爆炸成形。也
12、有同时采用两种工艺来生产钛钢复合板的：先爆炸成形，然后再进行轧制。在真空条件下轧制钛钢复合板比最初采用的真空钎焊工艺更便宜。钛钢复合板和钛不锈钢复合板用于制造在腐蚀环境中承受一定压力、温度的塔、罐、槽等工程结构。钛钢复合板的分类见表 5。钛钢复合板的力学和工艺性能见表 6。钛不锈钢复合板的分类见表 7。钛不锈钢复合板的力学和工艺性能见表 8。表 5 钛钢复合板的分类种 类 代 号爆炸钛钢复合板0 类1 类2 类B0B1B2爆炸轧制钛钢复合板 1 类2 类 BR1BE20 类：用于过渡接头、法兰等高结合强度且不允许不结合区存在的复合板1 类：将钛材作为强度设计或特殊用途的复合板，如管板等2 类：
13、将钛材作为耐蚀设计，而不考虑强度的复合板，如筒体等注：爆炸钛钢复合板以“爆”字汉语拼音第一个字母 B 表示，爆炸轧制钛钢复合板以 BR 表示。表 6 钛钢复合板的力学和工艺性能拉伸试验 剪切强度 b/MPa 弯曲试验抗拉强度 b/MPa 伸长率 /0 类复合板 其他类复合板 弯曲角 /() 弯曲直径 d/mm B大于基层或复合材料标准中较低一方的规定值 196 138内弯 180，外弯由复合材料标准规定内弯时按基层标准，不够 2 倍时取 2 倍，外弯时为复合板厚度的3 倍注：复合钢板抗拉强度 B按式（7-1）计算。表 7 钛不锈钢复合板的分类种 类 代号 用 途 分 类0类 B0 用于过渡接头
14、、法兰等高结合强度且不允许不结合区存在的某些特殊用途爆炸钛不锈钢复合板 1类 B1 钛材参与强度设计的复合板，或复合板需进行严格加工的结构件，如管板等2类 B2 将钛材作为耐蚀设计，不参与强度设计的复合板，如筒体等注：爆炸钛钢复合板以“爆”字汉语拼音第一个字母 B 表示。表 8 钛不锈钢复合板的力学和工艺性能注：复合钢板抗拉强度 B按式（7-1）计算。2.2 钛钢复合板焊接工艺特点钛钢复合板的复层（钛）厚度一般为 1.53.0mm，基层厚度为 820mm。钛复层和钢基层之间如果不加入中间金属层，经加热后会产生脆性层，使钛钢复合板的层间结合强度降低。因此，可在钛与钢之间加入 V、Nb 或者 V
15、Cr 等中间合金层。通过加入各种中间金属层轧制的钛钢复合板加热工艺对界面抗拉强度的影响见表 9。由表可见，加入 V 作为中间层的效果最好。加双金属中间层（V Cu 或 Nb Cu）的结果并不好。因为 Cu 的熔点低，会形成低熔点共晶体，从而使钛钢复合板的焊接工艺变得更复杂。表 9 钛钢复合板加热工艺对界面抗拉强度的影响抗拉强度/MPa800钛钢复合板 450100h0.5h 5h 10h 50h无中间层 265 221 157 196 186加 V 中间层 294 272 277 274加 Nb 中间层 225 100 178 176 167加 V Cu 中间层 206 194 208 201 225加 Nb Cu 中间层 219 140 181 189 203钛钢复合板的焊接主要采用以下两种工艺：焊缝上加盖板，见图 3(a)；加中间层，见图 3(b)。拉伸试验 剪切试验 分离试验 弯曲试验抗拉强度b/MPa伸长率 / 剪切强度b/MPa分离强度t/MPa弯曲角/()弯曲直径 d/mm0 类197 2741 类138 B大于基层或复合材料标准中较低一方的规定值 2 类138 内弯 180，外弯由复合材料标准规定内弯时按基层标准，不够 2 倍时取 2 倍，外弯时为复合板厚度的 3 倍采用第一种焊接工艺时（在焊缝上加盖板），
