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【摘 要】随着社会的发展，机电一体化成为新时期经济发展重要动力之一，其对控制系统的设计策略提出了更高的要求，因此加强对其的研究是非常有必要的，从而在实现不锈钢复合钢板焊接设计目标的同时，完成更高的加工和生产任务。对此本文分析了不锈钢复合钢板的焊接工艺的相关方面。
【关键词】不锈钢；复合钢板；焊接工艺
1、不锈钢复合钢板焊接工艺的概述
1.1、不锈钢复合钢板焊接的复杂性
不锈钢复合钢板焊接要确保整个不锈钢复合钢板结构基层的强度与硬度，同时也要保障不锈钢结构的耐腐蚀性，因此不锈钢复合钢板焊接时要做好对微量元素的控制，要防止铬元素和镍元素在基层焊接部位的残留，避免不锈钢复合钢板焊接部位出现硬脆性的裂缝。同时要防止碳元素在不锈钢焊接部位的增加，这会造成不锈钢部位出现腐蚀性、耐磨性的下降。总之，不锈钢复合钢板焊接是非常复杂的工艺与过程，如果控制不好将会造成焊接的各类危害，影响不锈钢复合钢板加工成品的总体性能和强度。
1.2、不锈钢复合钢板焊接的特点
不锈钢复合钢板焊接材料选用：对基层珠光体钢（σb≤600MN/m）采用等强原则选取。覆层不锈钢采用等耐蚀性原则选取，且宜为低碳、超低碳以及含有钛（Ti）、钼（Mo）元素的焊接材料。譬如，单相奥氏体不锈钢06Cr19N10焊接覆层时应选用Cr18-Ni8型焊接材料，这样可以保证焊接接头的耐蚀性要求。过渡层焊接应选用高铬高镍的Cr25-Ni13型或Cr25-Ni20型焊接材料，这样可以降低或消除熔化线上的脆化区，即可用不锈钢覆层母材的铬当量和镍当量通过Schaeffler（舍夫勒）组织图等预测焊缝金相组织来选取焊接材料，这样可防止基层焊缝对覆层的稀释，使过渡层出现马氏体组织，从而引起过渡层脆化而产生裂纹。珠光体钢基层焊接推荐采用焊条电弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊。
不锈钢覆层和过渡层，推荐采用氩弧焊、焊条电弧焊或埋弧焊。不锈钢覆层不应有电弧或硬物击伤。前者会导致不锈钢金相组织改变，后者会引起冷加工硬化，两者都会使击伤处的腐蚀电位降低，使该处腐蚀加速，耐蚀性降低。在施焊时，为了防止对母材电弧击伤，导致腐蚀电位降低，所以焊接电缆、焊枪等必须绝缘良好。
在用珠光体类，即低碳低合金钢焊条定位焊时，注意不要熔敷到不锈钢覆层，不然将对覆层内的铬、镍含量导致稀释，若使用碳弧气刨清除定位焊和焊缝背缝清根时，将会对覆层及其稀释层渗碳，从而出现高碳马氏体而使焊缝产生裂纹，对此，应采用砂轮打磨等机械方法把稀释层和渗碳层清除，才能继续焊接。
不锈钢复合钢板的焊接一般应先焊基层，待基层施焊到离基层和覆层交界线2mm～3mm时停止焊接，经清根及规定的质量检验项目检验合格后，再焊过渡层（该过渡层厚度不小于5mm），最后焊接覆层。当施焊位置不允许时，亦可先焊覆层，再焊过渡层，最后焊基层，但在这种焊接顺序下，基层的焊接，须用与过渡层焊接相同的不锈钢焊接材料，即Cr25-Ni13型焊接材料；亦可在过渡层上焊接纯铁素体不锈钢焊接材料，即Cr25-Ni20型焊接材料过渡，该过渡层厚度应不小于5mm厚，才能用低碳钢或低合金钢焊条或焊丝焊接。
2、不锈钢复合钢板焊接的准备
2.1、不锈钢复合钢板焊接的材料准备
首先，要做好不锈钢复合钢板焊接过渡层的材料准备，要根据不锈钢复合钢板的厚度、刚度和构造的特点，针对过渡层选用适宜的焊接材料，这样有利于确保过渡层的连续性，提高过渡层的抗腐蚀能力，控制强度、刚度不出现大幅度下降。其次，做好不锈钢复合钢板基层的原料准备，要控制焊接原料的品种，以控制回火热处理的应力，这是提高基础物理强度和化学稳定性的重要手段。再次，做好不锈钢复合钢板覆层焊接原料的准备，这一过程的控制以惰性气体与焊条质量的控制为准，提高不锈钢复合钢板焊接质量的目标。
焊接材料的选择按JB/T4709—2000《钢制压力容器焊接规程》的规定，分别选择基层和复层的焊接材料。对于其它类型的复合钢板，选择焊接材料时应注意遵循以下原则：（1）复层用焊材应考虑有10%的合金元素烧损，选择合金成分高的焊材。过渡层用焊材应考虑碳钢对不锈钢的稀释作用，合金成分应比母材高25%左右。（2）焊材的含碳量应尽可能的低，有条件时可选择超低碳钢焊条。（3）当压力容器产品设计计算了复合钢板复层的强度，选择焊条也要考虑焊材强度对焊接接头的影响。（4）基层焊接材料，按强度匹配即可。在焊接工艺评定的基础上，操作时应选用小直径焊条，采用小热输入、反极性、快速多道焊接，焊条不允许做横向摆动，这样可以避免基层金属对过渡层的稀释，减少马氏体组织的形成，防止产生裂纹。需要说明，焊接复层时严禁采用埋弧自动焊，因为它具有很大的熔深，会使过多的基层材料熔入焊缝，焊后易产生大量的焊后冷裂纹，而且会对焊接接头的抗腐蚀性产生影响。
2.2、不锈钢复合钢板焊接的技术准备
首先，焊接坡口的技术准备要从等离子切割前就做好相关工作，切割加工完的坡口要用不锈钢钢丝刷清洗干净，确保表面的洁净光滑；坡口不能有隙缝与分层，否则就要进行修理。其次，焊接不锈钢复合钢板组件的组对，必须保证工件装配间隙，合理留置过渡层和复层，以此来提高不锈钢复合钢板焊接的质量。再次，做好不锈钢复合钢板的定位焊接，装配不锈钢复合钢板组件时应该采用定位焊接的方式，只允许在基层进行点焊，工艺参数与正式焊相同，不能损伤基层金属，并将点焊接部位做打磨和光滑处理。
3、不锈钢复合钢板焊接的工艺要点
3.1、焊前应采用机械方法及有机溶剂
清除焊缝表面和焊接坡口两侧至少各20mm范围内的油污、锈迹、金属屑、氧化膜及其他污物。
3.2、焊接次序
焊接次序也是保证焊接接头质量的重要保证之一，直接影响其抗腐蚀性能。按JB/T4709—2000《钢制压力容器焊接规程》的要求，一般情况下，应先焊基层焊缝，然后再焊过渡层焊缝，最后焊复层焊缝。图1a应先焊坡口内的基层，基层焊满后，焊背面，也可以清根后再焊。后焊过渡层和复层。尽量采用单面焊双面成形的方法，焊基层大坡口一侧，然后进行背面修磨后焊过渡层和复层。对于焊接顺序应该先焊接基层，然后焊接过渡层，最后再焊复层，这样的焊接顺序，操作简单，焊接质量较好。在压力容器上很少采用的坡口形式，但对于承受较小载荷的焊接接头，可以采用。其特点是结构简单，抗腐蚀性好，节省焊接材料。焊接时应先在基层的坡口表面堆焊一层过渡层焊缝，修磨后组对接管，焊接时按复层焊接材料即可。 3.3、基层的焊接：应严防基层焊缝熔化到不锈钢的过渡层甚至复层焊缝，以免高铬含量下降、高镍的不锈钢元素下降到碳素钢焊缝内产生马氏体组织而出现硬化。在不锈钢一侧的基层焊缝最好使用无飞溅的焊接途径（比如埋弧焊、非熔化极氩弧焊等），这是由于碳素钢的迸溅会导致在复层表面形成锈蚀。
3.4、焊接设备应满足焊接工艺
不锈钢复合板要求，并符合有关设备标准的规定采用手工电弧焊时推荐采用直流电焊机。
3.5、复材焊缝表面应尽可能与复
不锈钢复合管材表面保持平整、光顺焊接过渡层时，要在保证熔合良好的前提下，尽量减少基材金属的熔入量，即降低熔和比。为此应采用较小直径的焊条或焊丝，及较小的焊接丝能量。对接焊缝的余高应不大于1.5mm。
3.6、为确保焊接的品质，要掌握好焊接热输入
要使用多层多道急速不摆动焊法，最好使用较小的焊接热输入与电流，从而达到快速焊接的目的。复层焊接时，不能预热与缓冷，有时乃至实施强制冷却的方式，来尽量降低焊缝在400～850%温度区问的暂停时间，避免焊缝出现奥氏体品界部分贫铬，析出σ脆性相，形成475℃脆性，进而确保焊缝金属仍存在优良的力学性能与抗晶问腐蚀性能。
3.7、不锈钢复合板焊接的关键是提高焊缝一次合格率，减少返修次数
因为不锈钢复合板焊接接头的组织和性能十分不均匀，焊缝返修时经常产生热裂纹。
3.8、焊接规范参数选择。根据多年实践经验及现场试验诸数据进行精选与调整，最后确定焊接工艺参数。
3.9、按照规定的焊接工艺进行施焊。在中、厚壁设备的焊接中，应采用多层焊。但根据多年试验，层数过多不但影响施工效率还易带来质的负面影响，主要是焊缝区受到焊接热循环作用次数过多易导致性能劣化、引发弧波裂纹。事实是，在保证材料晶粒度细小及应力较小的前提下，尽可能地减少焊接层数。
3.10、焊后清理。焊后应仔细清理焊件表面的焊渣、焊瘤飞溅物及其他污物。必要时应对焊缝进行局部修整。焊后清理完毕，应在基材焊缝附近的明显部位打上焊工印记以便日后考查。
总之，由于不锈钢复合钢板结构的丰富性，传统的不锈钢或碳钢的专业焊接技术将不具有加工的价值，必须开发出新型的不锈钢复合钢板焊接工艺。因此需要加强对其的研究，从而提高和扩大不锈钢复合钢板焊接工艺的应用水平和范围，实现不锈钢复合钢板焊接工艺更深层次的意义与价值。
参考文献：
[1]王彤.不锈钢复合钢板的焊接工艺研究[J].科技资讯，2013，34：66+68.
[2]李栋栋.不锈钢复合钢板的焊接工艺研究[J].黑龙江科学，2014，04：94.
[3]钟艺谋，杨永奎，谢京华.双相不锈钢复合钢板的焊接[J].焊接，2005，11：68-71.
[4] 刘喜.机电一体化技术的发展趋势[J].电气开关，2011（4）.
【关键词】不锈钢；复合钢板；焊接工艺
1、不锈钢复合钢板焊接工艺的概述
1.1、不锈钢复合钢板焊接的复杂性
不锈钢复合钢板焊接要确保整个不锈钢复合钢板结构基层的强度与硬度，同时也要保障不锈钢结构的耐腐蚀性，因此不锈钢复合钢板焊接时要做好对微量元素的控制，要防止铬元素和镍元素在基层焊接部位的残留，避免不锈钢复合钢板焊接部位出现硬脆性的裂缝。同时要防止碳元素在不锈钢焊接部位的增加，这会造成不锈钢部位出现腐蚀性、耐磨性的下降。总之，不锈钢复合钢板焊接是非常复杂的工艺与过程，如果控制不好将会造成焊接的各类危害，影响不锈钢复合钢板加工成品的总体性能和强度。
1.2、不锈钢复合钢板焊接的特点
不锈钢复合钢板焊接材料选用：对基层珠光体钢（σb≤600MN/m）采用等强原则选取。覆层不锈钢采用等耐蚀性原则选取，且宜为低碳、超低碳以及含有钛（Ti）、钼（Mo）元素的焊接材料。譬如，单相奥氏体不锈钢06Cr19N10焊接覆层时应选用Cr18-Ni8型焊接材料，这样可以保证焊接接头的耐蚀性要求。过渡层焊接应选用高铬高镍的Cr25-Ni13型或Cr25-Ni20型焊接材料，这样可以降低或消除熔化线上的脆化区，即可用不锈钢覆层母材的铬当量和镍当量通过Schaeffler（舍夫勒）组织图等预测焊缝金相组织来选取焊接材料，这样可防止基层焊缝对覆层的稀释，使过渡层出现马氏体组织，从而引起过渡层脆化而产生裂纹。珠光体钢基层焊接推荐采用焊条电弧焊、埋弧焊和CO2气体保护焊。
不锈钢覆层和过渡层，推荐采用氩弧焊、焊条电弧焊或埋弧焊。不锈钢覆层不应有电弧或硬物击伤。前者会导致不锈钢金相组织改变，后者会引起冷加工硬化，两者都会使击伤处的腐蚀电位降低，使该处腐蚀加速，耐蚀性降低。在施焊时，为了防止对母材电弧击伤，导致腐蚀电位降低，所以焊接电缆、焊枪等必须绝缘良好。
在用珠光体类，即低碳低合金钢焊条定位焊时，注意不要熔敷到不锈钢覆层，不然将对覆层内的铬、镍含量导致稀释，若使用碳弧气刨清除定位焊和焊缝背缝清根时，将会对覆层及其稀释层渗碳，从而出现高碳马氏体而使焊缝产生裂纹，对此，应采用砂轮打磨等机械方法把稀释层和渗碳层清除，才能继续焊接。
不锈钢复合钢板的焊接一般应先焊基层，待基层施焊到离基层和覆层交界线2mm～3mm时停止焊接，经清根及规定的质量检验项目检验合格后，再焊过渡层（该过渡层厚度不小于5mm），最后焊接覆层。当施焊位置不允许时，亦可先焊覆层，再焊过渡层，最后焊基层，但在这种焊接顺序下，基层的焊接，须用与过渡层焊接相同的不锈钢焊接材料，即Cr25-Ni13型焊接材料；亦可在过渡层上焊接纯铁素体不锈钢焊接材料，即Cr25-Ni20型焊接材料过渡，该过渡层厚度应不小于5mm厚，才能用低碳钢或低合金钢焊条或焊丝焊接。
2、不锈钢复合钢板焊接的准备
2.1、不锈钢复合钢板焊接的材料准备
首先，要做好不锈钢复合钢板焊接过渡层的材料准备，要根据不锈钢复合钢板的厚度、刚度和构造的特点，针对过渡层选用适宜的焊接材料，这样有利于确保过渡层的连续性，提高过渡层的抗腐蚀能力，控制强度、刚度不出现大幅度下降。其次，做好不锈钢复合钢板基层的原料准备，要控制焊接原料的品种，以控制回火热处理的应力，这是提高基础物理强度和化学稳定性的重要手段。再次，做好不锈钢复合钢板覆层焊接原料的准备，这一过程的控制以惰性气体与焊条质量的控制为准，提高不锈钢复合钢板焊接质量的目标。
焊接材料的选择按JB/T4709—2000《钢制压力容器焊接规程》的规定，分别选择基层和复层的焊接材料。对于其它类型的复合钢板，选择焊接材料时应注意遵循以下原则：（1）复层用焊材应考虑有10%的合金元素烧损，选择合金成分高的焊材。过渡层用焊材应考虑碳钢对不锈钢的稀释作用，合金成分应比母材高25%左右。（2）焊材的含碳量应尽可能的低，有条件时可选择超低碳钢焊条。（3）当压力容器产品设计计算了复合钢板复层的强度，选择焊条也要考虑焊材强度对焊接接头的影响。（4）基层焊接材料，按强度匹配即可。在焊接工艺评定的基础上，操作时应选用小直径焊条，采用小热输入、反极性、快速多道焊接，焊条不允许做横向摆动，这样可以避免基层金属对过渡层的稀释，减少马氏体组织的形成，防止产生裂纹。需要说明，焊接复层时严禁采用埋弧自动焊，因为它具有很大的熔深，会使过多的基层材料熔入焊缝，焊后易产生大量的焊后冷裂纹，而且会对焊接接头的抗腐蚀性产生影响。
2.2、不锈钢复合钢板焊接的技术准备
首先，焊接坡口的技术准备要从等离子切割前就做好相关工作，切割加工完的坡口要用不锈钢钢丝刷清洗干净，确保表面的洁净光滑；坡口不能有隙缝与分层，否则就要进行修理。其次，焊接不锈钢复合钢板组件的组对，必须保证工件装配间隙，合理留置过渡层和复层，以此来提高不锈钢复合钢板焊接的质量。再次，做好不锈钢复合钢板的定位焊接，装配不锈钢复合钢板组件时应该采用定位焊接的方式，只允许在基层进行点焊，工艺参数与正式焊相同，不能损伤基层金属，并将点焊接部位做打磨和光滑处理。
3、不锈钢复合钢板焊接的工艺要点
3.1、焊前应采用机械方法及有机溶剂
清除焊缝表面和焊接坡口两侧至少各20mm范围内的油污、锈迹、金属屑、氧化膜及其他污物。
3.2、焊接次序
焊接次序也是保证焊接接头质量的重要保证之一，直接影响其抗腐蚀性能。按JB/T4709—2000《钢制压力容器焊接规程》的要求，一般情况下，应先焊基层焊缝，然后再焊过渡层焊缝，最后焊复层焊缝。图1a应先焊坡口内的基层，基层焊满后，焊背面，也可以清根后再焊。后焊过渡层和复层。尽量采用单面焊双面成形的方法，焊基层大坡口一侧，然后进行背面修磨后焊过渡层和复层。对于焊接顺序应该先焊接基层，然后焊接过渡层，最后再焊复层，这样的焊接顺序，操作简单，焊接质量较好。在压力容器上很少采用的坡口形式，但对于承受较小载荷的焊接接头，可以采用。其特点是结构简单，抗腐蚀性好，节省焊接材料。焊接时应先在基层的坡口表面堆焊一层过渡层焊缝，修磨后组对接管，焊接时按复层焊接材料即可。 3.3、基层的焊接：应严防基层焊缝熔化到不锈钢的过渡层甚至复层焊缝，以免高铬含量下降、高镍的不锈钢元素下降到碳素钢焊缝内产生马氏体组织而出现硬化。在不锈钢一侧的基层焊缝最好使用无飞溅的焊接途径（比如埋弧焊、非熔化极氩弧焊等），这是由于碳素钢的迸溅会导致在复层表面形成锈蚀。
3.4、焊接设备应满足焊接工艺
不锈钢复合板要求，并符合有关设备标准的规定采用手工电弧焊时推荐采用直流电焊机。
3.5、复材焊缝表面应尽可能与复
不锈钢复合管材表面保持平整、光顺焊接过渡层时，要在保证熔合良好的前提下，尽量减少基材金属的熔入量，即降低熔和比。为此应采用较小直径的焊条或焊丝，及较小的焊接丝能量。对接焊缝的余高应不大于1.5mm。
3.6、为确保焊接的品质，要掌握好焊接热输入
要使用多层多道急速不摆动焊法，最好使用较小的焊接热输入与电流，从而达到快速焊接的目的。复层焊接时，不能预热与缓冷，有时乃至实施强制冷却的方式，来尽量降低焊缝在400～850%温度区问的暂停时间，避免焊缝出现奥氏体品界部分贫铬，析出σ脆性相，形成475℃脆性，进而确保焊缝金属仍存在优良的力学性能与抗晶问腐蚀性能。
3.7、不锈钢复合板焊接的关键是提高焊缝一次合格率，减少返修次数
因为不锈钢复合板焊接接头的组织和性能十分不均匀，焊缝返修时经常产生热裂纹。
3.8、焊接规范参数选择。根据多年实践经验及现场试验诸数据进行精选与调整，最后确定焊接工艺参数。
3.9、按照规定的焊接工艺进行施焊。在中、厚壁设备的焊接中，应采用多层焊。但根据多年试验，层数过多不但影响施工效率还易带来质的负面影响，主要是焊缝区受到焊接热循环作用次数过多易导致性能劣化、引发弧波裂纹。事实是，在保证材料晶粒度细小及应力较小的前提下，尽可能地减少焊接层数。
3.10、焊后清理。焊后应仔细清理焊件表面的焊渣、焊瘤飞溅物及其他污物。必要时应对焊缝进行局部修整。焊后清理完毕，应在基材焊缝附近的明显部位打上焊工印记以便日后考查。
总之，由于不锈钢复合钢板结构的丰富性，传统的不锈钢或碳钢的专业焊接技术将不具有加工的价值，必须开发出新型的不锈钢复合钢板焊接工艺。因此需要加强对其的研究，从而提高和扩大不锈钢复合钢板焊接工艺的应用水平和范围，实现不锈钢复合钢板焊接工艺更深层次的意义与价值。
参考文献：
[1]王彤.不锈钢复合钢板的焊接工艺研究[J].科技资讯，2013，34：66+68.
[2]李栋栋.不锈钢复合钢板的焊接工艺研究[J].黑龙江科学，2014，04：94.
[3]钟艺谋，杨永奎，谢京华.双相不锈钢复合钢板的焊接[J].焊接，2005，11：68-71.
[4] 刘喜.机电一体化技术的发展趋势[J].电气开关，2011（4）.