复合板焊接工艺全模板.doc

复 合 钢 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。现在应用较多复合钢是由较薄不锈钢和较厚低合金钢经过爆炸焊、轧制或堆焊等工艺方法制成双金属板材。较厚珠光体钢部分为基层，基层多半由低碳钢或低合金钢组成，关键满足复合钢在使用中强度和刚度要求。不锈钢部分为复层，关键满足复合钢耐蚀性等要求。伴随复合钢应用范围不停扩大，其焊接日益引发大家关注。

1. 复合钢基础性能
1.1 复合钢力学性能
生产中应用较多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双金属板材。还能够采取电渣焊生产大厚度（100～150mm）轧制复合钢。通常复层只占复合钢板总厚度5%～50%，通常为10%～20%，最小实用厚度为1.5mm。复合钢能够节省大量不锈钢或钛等珍贵金属，含有很大经济价值。
碳钢和不锈钢（或镍基合金、钛等）用复合轧制或爆炸焊方法形成复合钢板，要求含有一定拉伸、弯曲等力学性能。为了确保复合钢板不失去原有综合性能，对基层和复层必需分别进行焊接，焊接性、焊接材料选择、焊接工艺等由基层、复层材料决定。
① 拉伸强度 复合钢中不锈钢复层力学性能比基层碳钢优良，抗接强度高于碳钢。复合钢拉伸强度（σb、σs）可用下式求出。

σbcδc σbdδd
σb＝────────
δc δd

式中 σbc——碳钢抗拉强度，MPa；
δc——碳钢厚度，mm；
σbd——不锈钢抗拉强度， MPa；
δd——不锈钢厚度，mm。
在实际设计中，美国在ASMF标准中要求：复合钢整体厚度按基层碳钢厚度进行设计。日本相关标准通常也按这种要求进行设计。
② 弯曲性能 测定复合钢弯曲性能时，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。不管采取哪种方法，全部必需依据处于外侧材料弯曲试验要求进行，目标是为了判定外侧材料性能。
假如把不锈钢放在外侧进行弯曲试验，弯曲半径按和复合钢整体厚度相等不锈钢厚度弯曲试验所要求半径进行弯曲，弯曲时外侧必需不产生裂纹。在碳钢为外侧弯曲试验时，应按碳钢整体厚度要求进行试验。
判定复合钢弯曲性能时，把不锈钢放在内侧，当不锈钢厚度为4.9～9.5mm时，半径R可按复合钢整体厚度二分之一（R=δ/2）进行弯曲。当不锈钢厚度δ>9mm时，弯曲半径R按等于复合钢整体厚度（R=δ）进行弯曲。通常要求三个试样中最少一个试样不能在弯曲处两端有超出50%分离现象。
碳钢和不锈钢爆炸焊时，因为工艺参数不妥，有时在接合面交界处能产生硬化合金层，当进行弯曲试验时，这种合金层轻易形成裂纹。所以，使用爆炸焊复合钢制造承受弯曲载荷结构时，必需选择没有硬化合金层爆炸焊复合钢。
1.2 不锈复合钢种类和性能
不锈复层钢板是由较厚珠光体钢（基层）和较薄不锈钢（复层）复合轧制而成双金属板。基层多为碳钢或低合金钢，复层多为1CR18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti、Cr23Ni28Mo3Cu3Ti等奥氏体不锈钢，关键满足耐蚀性能等要求。不锈钢复层通常是在容器里层，厚度通常只点总厚度10%～20%。
中国生产不锈钢复合钢板种类和力学性能见表1。现在应用较多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900～1200mm、长度mm许可偏差应符合GB/T 708-1988要求。成卷交货时钢卷头、尾厚度不正常长度分别不超出6000mm。不锈复合冷轧薄钢板厚度许可偏差见表2。不锈复合钢板总厚度及其许可偏差见表3。
复合钢（基层 复层）
规格/mm
δb/MPa
δS/MPa
δ5/％
τb/MPa
总厚度
宽度
长度
Q235 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti)
6,8,10,
12,14,
15,16,
18
1000
≥
－
－
－
－
Q235 1Cr18Ni12Mo2Ti
(0Cr18Ni12Mo2Ti)
≥370
≥240
≥22
≥150
Q235 1Cr13
≥370
≥240
≥22
≥150
20g 1Cr18Ni9Ti(0Cr18Ni9Ti)
－
－
－
－
20g 0Cr18Ni12Mo2Ti
(1Cr18Ni12Mo2Ti)
≥410
≥250
≥25
≥150
20g 0Cr13
≥410
≥250
≥25
≥150
12CrMo 0Cr13
≥410
≥270
≥20
≥150
Q235 1Cr18Ni9
≥410
－
≥20
≥150
Q235 0Cr18Ni12Mo2Ti
6,8,10,
12,14,
15,16,
18,20,
22,24,
25,28,30
1400～
1800
4000～
8000
不低于基层钢力学性能
≥150
Q235 1Cr18Ni12Mo2Ti
20g 1Cr18Ni9Ti
16Mn 1Cr18Ni9Ti
16Mn 1Cr18Ni12Mo2Ti
16Mn 0Cr13
表2 不锈复合冷轧薄钢板厚度许可偏差
公称厚度/mm
复层厚度许可偏差/mm
复合钢板厚度许可偏差/mm
A级精度
B级精度
0.8～1.0
小于复层公称
尺寸±10%
±0.07
±0.08
1.2
±0.08
±0.10
1.5
±0.10
±0.12
2.0
±0.12
±0.14
2.5
±0.13
±0.16
3.0
±0.15
±0.17
注：不锈复合薄钢板冷轧后进行热处理、酸洗或类似处理加工，最终取得合适等级
表面粗糙度。
表3 不锈复合钢板总厚度及其许可偏差
复合钢板总厚度/mm
4～10
11～15
16～25
26～30
31～60
总厚度许可偏差
±9%
±8%
±7%
±6%
±5%
不锈复合钢板表面质量特征以下。
Ⅰ级表面 钢板两面许可有深度小于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于许可最小厚度通常轻微麻点、轻微划伤和辊印。
Ⅱ级表面 钢板表面许可有深度小于钢板厚度公差之半，且不使钢板小于许可最小厚度下列缺点。正面：通常轻微麻点、轻微划伤、凹坑和辊印。反面：通常轻微麻点、局部深麻点、轻微划伤、压痕或凹坑。钢板两面超出上述范围缺点许可用砂轮清除，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力学性能应符合基层材料对应标准要求，当基层材料选择深冲拉延钢时，力学性能应符合表4要求。在弯曲部分外侧许可产生裂纹，复合界面不许可分层。
表4 不锈复合钢冷轧薄钢板力学性能
基层
钢号
拉 伸 性 能
冷 弯 性 能
抗拉强度
δb/MPa
屈服强度
δs/MPa
伸长率δ10/%
弯曲角度
（d=2α）
内弯、外弯试验结果
复层为奥氏体不锈钢
复层为铁素体不锈钢
08Al
345～490
350
28
18
180º
不得有分层、裂纹、折断
10Al
365～510
360
27
17
180º
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要求。
基层为其它钢号时，冷轧复合薄钢板力学性能按基层牌号对应标准要求实施。α为复合钢板总厚度。
不锈复合钢板标准中没有弯曲试验要求时，可不做弯曲试验；如需求方要求做时，弯曲直径d=4α。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，复层厚度大面在外侧。
1.3 复合钢板接头设计
复合钢板焊接接头设计必需考虑便于分别对基层、复层及过渡层焊接施工和避免或降低焊接第一焊道时被稀释问题。图1为不锈钢复合钢板、铜及铜合金复合钢板对接接头常见坡口形式。

钛及钛合金或铝及铝合金复层冶金相容性差。所以在接头设计上应尽可能避免或降低基层金属熔入复层金属。所以在接头结构上和不锈钢复合钢板有较大区分。图2为钛及钛合金或铝及铝合金复合钢板对接接头常见坡口形式。

对接接头尽可能采取X形坡口双面焊。同时考虑过渡层焊接特点，尽可能降低复层一侧焊接工作量。当焊接位置受限，必需单面焊时，可采取单面V形坡口。
2. 钛－钢复合板焊接
采取钛－钢复合板能够大大扩展钛应用范围和降低结构件造价，很多国家已经掌握这种复合板生产技术。中国已经采取爆炸成形和爆炸－轧制技术来生产制造这种复合板并取得良好效果。
2.1 钛－钢复合板分类及性能
现在，生产钛－钢复合板最适宜方法是爆炸成形。也有同时采取两种工艺来生产钛－钢复合板：先爆炸成形，然后再进行轧制。在真空条件下轧制钛－钢复合板比最初采取真空钎焊工艺更廉价。
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、温度塔、罐、槽等工程结构。钛－钢复合板分类见表5。钛－钢复合板力学和工艺性能见表6。钛－不锈钢复合板分类见表7。钛－不锈钢复合板力学和工艺性能见表8。
表5 钛－钢复合板分类
种 类
代 号

爆炸钛－钢复合板
0类
1类
2类
B0
B1
B2
0类：用于过渡接头、法兰等高结合强度且不许可不结合区存在复合板
1类：将钛材作为强度设计或特殊用途复合板，如管板等
2类：将钛材作为耐蚀设计，而不考虑强度复合板，如筒体等
爆炸－轧制钛－钢复合板
1类
2类
BR1
BE2
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－钢复合板力学和工艺性能
拉伸试验
剪切强度τb/MPa
弯曲试验
抗拉强度
τb/MPa
伸长率δ/％
0类复合板
其它类复合板
弯曲角α/(°)
弯曲直径d/mm
>σB
大于基层或复合材料标准中较低一方要求值
≥196
≥138
内弯180°，外弯由复合材料标准要求
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3倍
注：复合钢板抗拉强度σB按式（7-1）计算。
表7 钛－不锈钢复合板分类
种 类
代号
用 途 分 类
爆炸钛－不锈钢复合板
0类
B0
用于过渡接头、法兰等高结合强度且不许可不结合区存在一些特殊用途
1类
B1
钛材参与强度设计复合板，或复合板需进行严格加工结构件，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－不锈钢复合板力学和工艺性能
拉伸试验
剪切试验
分离试验
弯曲试验
抗拉强度
τb/MPa
伸长率δ/％
剪切强度
τb/MPa
分离强度
σt/MPa
弯曲角α/(°)
弯曲直径d/mm
>σB
大于基层或复合材料标准中较低一方要求值
0类≥197
≥274
内弯180°，外弯由复合材料标准要求
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3倍
1类≥138
－
2类≥138
－

注：复合钢板抗拉强度σB按式（7-1）计算。
2.2 钛－钢复合板焊接工艺特点
钛－钢复合板复层（钛）厚度通常为1.5～3.0mm，基层厚度为8～20mm。钛复层和钢基层之间假如不加入中间金属层，经加热后会产生脆性层，使钛－钢复合板层间结合强度降低。所以，可在钛和钢之间加入V、Nb或V Cr等中间合金层。
经过加入多种中间金属层轧制钛－钢复合板加热工艺对界面抗拉强度影响见表9。
由表可见，加入V作为中间层效果最好。加双金属中间层（V Cu或Nb Cu）结果并不好。因为Cu熔点低，会形成低熔点共晶体，从而使钛－钢复合板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影响
钛－钢复合板
抗拉强度/MPa
450℃×100h
800℃
0.5h
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－钢复合板焊接关键采取以下两种工艺：焊缝上加盖板，见图3(a)；加中间层，见图3(b)。

采取第一个焊接工艺时（在焊缝上加盖板），对接接头处强度性能关键靠基层钢焊缝来确保，而加盖板目标是用来预防侵蚀性介质腐蚀焊接接头。在焊缝和盖板之间填加地、填充材料，通常是
Ag（Ag和Ti熔合得很好）或熔点较低银钎料，也能够填充环氧树脂型聚合物。加填充材料目标是为了提升接头抗腐蚀性能。焊缝能够是图4(a)所表示单面焊缝，也能够是图4(b)所表示双面焊缝。

焊接钛－钢复合板第二种工艺是在钛复层坡口中镶入一层很薄难熔金属衬片（见图1b）,如厚度0.1mm铌箔或钼箔等。焊接钛－钢复合板复层时，采取钨极氩弧焊（TIG），填加钛焊丝，钛丝直径取决于钛－钢复合板复层厚度及坡口形式。钨极电弧在钛丝和钨极之间燃烧，不要使电弧直接作用在铌箔上，焊枪应沿着钛丝移动，钛丝熔化后即形成钛－钢复合板焊缝。因为Nb熔点高，钨极电弧又不直接作用在铌箔上，所以只有极少部分Nb熔化，预防了钛和钢相互熔合，能够有效地预防脆性相形成。
2.3 钛－钢复合板焊接实例
被焊母材 钛－钢复合板，复层为工业纯钛TA2（厚度2mm），基层为低碳钢（厚度8mm）。焊接工艺 用厚度0.1mm铌箔作为中间层，采取钨极氩弧焊（TIG）进行焊接，钨极直径3mm。填加钛焊丝，钛丝直径4mm。焊接工艺参数为，焊接电流160～170A，焊接电压10～12V，焊接速度13.3cm/min，喷嘴直径18mm。用氩气作为保护气体，保护熔池氩气流量为8～10L/min，在冷却过程中保护焊缝氩气流量为3～4L/min。
经过上述工艺取得钛－钢复合板焊接接头抗拉强度为387～397MPa，基层金属抗拉强度为426～431MPa。在拉伸试验时，焊接接头首先在铌箔和钛复层界面上断裂，然后在钢基层上破断。这说明钛复层塑性比低碳钢基层塑性差。
用上述工艺焊接钛－钢复合板接头在盐酸（HC1）、硫酸（H2SO4）等侵蚀性溶液中，耐蚀性良好，和复层金属耐蚀性实际上没有差异。比如，钛在硫酸中腐蚀速订为0.13mm/a，而钛－钢复合板焊接接头腐蚀速率为0.15mm/a。
采取钛－钢复合板焊接工艺时，首先要引发注意是，对基层（钢基体）关键是热影响区淬硬问题，对复层（钛）关键是脆化问题。
3. 不锈复合钢焊接
不锈复合钢板基层和复层交界处焊接属异种钢焊接，焊接性关键取决于复层和基层物理性能、化学成份、接头形式及填充金属种类。焊接低碳钢（或低合金钢）和不锈钢复合钢板时，轻易产生高温结晶裂纹、延迟裂纹和脆化问题。
3.1 不锈复合钢板加工特点
不锈复合钢板在焊接之前，通常经过下料切割成零件，坡口加工和热成形、冷成形加工等。
（1） 复合钢板切割
不锈复合钢板总厚度在12mm以下时，关键是采取机械剪断和冷冲压加工等方法。加工时，复合层必需向下，而碳钢基层向上，不可损伤复层表面和结合处。在基层钢和复层钢全部较厚情况下，可采取等离子切割和氧－乙炔火焰切割。在用氧－乙炔火焰切割时，要注意以下问题。
① 所采取喷嘴直径应该比同一厚度钢板稍大部分。
② 切割时应先从基层钢板一侧开始，氧压应是相同厚度钢板切割时氧压二分之一，尤其当基层钢板较薄时更要低些。不锈钢复合板氧－乙炔火焰切割速度要比切割低碳钢时速度慢（见表10）。
表10 不锈钢复合板氧－乙炔火焰切割工艺参数
复合板
总厚度
/mm
复层厚度
/mm
切割速度
/cn.min-1
氧压
/MPa
喷嘴直径
/mm
工件和喷嘴距离/mm
喷嘴角度
/(º)
不锈复合板
8
25
50
1.6
5
10
42.5
38.5
30.0
0.245
0.275
0.343
1.5
1.5～2.0
2.5
－
－
－
－
15
－
蒙乃尔复合板
9
30
2
3
46.0
31.0
0.080
0.196
1.0
1.5
6～8
7～10
0
10
假如复合钢板较厚，氧－乙炔火焰不能切割时，应采取等离子弧切割。等离子弧切割时，通常全部从复层开始，即复合层在上面一侧开始切割，切割速度和切口质量比氧－乙炔火焰切割时高。
（2） 复合钢板成型加工
不锈复合钢板成型加工，应尽可能实施常温冷态弯曲成型，不可在滚床或压床进行急剧弯曲，要施行逐段缓慢成型加工。加工过程中复层表面不可有油污，不可造成伤痕。
通常化工容器和原子能装置结构，所用复合钢板在焊接之前常需要加热成型加工。在热成型加工过程中应注意加工之前应清除工件表面上油污及杂物；加热要保持弱性焰，注意避免还原性焰产生增碳现象。热加工后，对于低碳钢基层能够空冷，对低合金钢基层要进行保温缓冷。不锈复合钢板加热成型温度范围见表11。
表11 不锈复合钢板加热成型温度范围
基 层
不锈钢复层加热
其它复层加热
备 注
低碳钢
700～850℃
750～950℃，实际加热到900～950℃
为了避免晶间腐蚀，应尽可能选择有稳定剂不锈钢复层
低合金高强钢
实际加热到
800～850℃
珠光体耐热钢
750～950℃，实际加热到900～950℃
3.2 焊接性特点
（1） 奥氏体系复合钢焊接性
奥氏体系复合钢板是指基层是低碳钢或低合金钢，复层是奥氏体不锈钢复合钢板。复合钢板焊接时，复层和基层分开各自进行焊接。焊接中关键问题在于基层和复层交接处过渡层焊接。焊接这类复合钢板时关键存在以下多个问题。
① 焊缝轻易产生结晶裂纹 结晶裂纹是热裂纹一个形式。焊缝金属在结晶过程中冷却到固相线周围高温时，液态晶界在焊接应力作用下产生裂纹。影响结晶裂纹原因关键有两个。
稀释率影响 焊接奥氏体复合钢板时，因为基层钢板含碳量高于复层，复层受基层稀释作用，使焊缝中奥氏体形成元素降低，含碳量增多，焊缝结晶时易产生微裂纹。
结晶区间影响 奥氏体钢结晶温度区间很大，熔池结晶时在枝晶晶界上存在S、P、Si等低熔点共晶物展现薄膜状，这种液态薄膜在拉伸应力作用下易产生裂纹。
若焊接材料选择不适宜或焊接工艺不合适，不锈钢焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织；或因为铬、镍强烈渗透珠光体钢基层而严重脆化，产生裂纹。所以，焊接过渡层时，要使用含铬、镍量较多焊接材料，确保焊缝金属含一定量铁素体组织，以提升抗裂性，使之即使受到基层稀释，也不会产生马氏体淬硬组织；同时，也应采取适宜焊接方法和焊接工艺，减小基层一侧熔深和焊缝稀释。
② 热影响区轻易产生液化裂纹 复合钢焊接时，奥氏体钢热影响区因为受焊接热循环影响，低熔点杂质被熔化，在焊接应力作用下产生液化裂纹。焊接时，热影响区受熔池金属热膨胀作用产生压缩应力，当电弧移开后，伴随温度降低，压缩应力变拉伸应力。以后，热影响区晶界上存在低熔点共晶物液膜被拉开产生裂纹。这种裂纹是因为奥氏体系复合钢板热影响区晶界受焊接热循环作用，低熔点共晶物液化产生，所以称为液化裂纹。假如晶界析出物熔点高，即使受焊接热作用瞬时产生液态膜，但在压缩应力作用下已完成结晶，当转变为拉伸应力时晶界已不存在液态膜了，所以也就不产生裂纹。
预防奥氏体系复合钢板焊缝及热影响区产生结晶裂纹和液化裂纹关键方法为：正确制订焊接工艺，严格遵守操作规程；合理选择填充材料。
③ 熔合区脆化 焊接奥氏体系复合钢板时，熔合区出现脆化原因有以下多个。
a. 结构钢焊条影响 用E4303或E4315焊条焊接基层钢板时，因为热作用使复层钢板局部熔化，合金元素渗透焊缝。在熔合区周围狭小区域中，搅拌作用不充足而产生马氏体组织，使熔合区硬度和脆性增加。
b. 不锈钢焊条影响 用E347-16或E347-15焊条焊接复层钢板时，轻易熔化基层钢板，使焊缝金属成份稀释，焊缝金属为奥氏体 马氏体组织，使塑性和耐蚀性降低，而熔合区脆性显著增加。
c. 碳迁移影响 焊接时碳由低Cr基层钢板（碳钢或低合金钢）向高Cr不锈钢复层焊缝金属扩散迁移，所以在基层和复层交界形成高硬度增碳层和低硬度脱碳层，引发熔合区脆化或软化。
为了预防碳迁移，可在基层和复层之间采取“隔离焊缝”（也称过渡层）。生产中常选择含Nb铁素体焊条在基层钢板上焊接“隔离焊缝”，然后用奥氏体钢焊条焊接复层，最终用结构钢焊条焊接基层。这种工艺方法可有效地预防碳迁移，避免在熔合区周围出现脱碳层和增碳层，从而减小了熔合区脆化，使复合钢板焊接接头含有较高强度和韧性。
（2） 铁素体系钢焊接性
① 焊缝易产生结晶裂纹 焊接铁素体复合钢板时，焊缝金属产生结晶裂纹原因和预防方法，和焊接奥氏体复合钢板时基础相同。
② 焊接接头易产生延迟裂纹 延迟裂纹是焊接接头冷却到室温并在一定时间后才出现焊接冷裂纹，多产生在热影响区。焊接铁素体系复合钢板产生延迟裂纹影响原因有：焊接接头区出现脆硬组织；焊缝金属中有显著扩散氢聚集；焊接接头刚度大；有显著焊接应力。延迟裂纹有潜伏期，用不一样填充材料焊接时，延迟裂纹潜伏期和裂纹数目不一样，试验结果见表12。所以，焊缝延迟裂纹检验不能焊后立即进行。
表12 铁素体复合钢板焊后延迟裂纹潜伏期试验结果
焊 条
预热温度/℃
裂 纹 数 目
牌 号
型 号
焊 后
24h
48h
70h
120h
340h
G302
E430-16
不预热
0
1
1
2
2
2
G307
E430-15
50
0
0
2
0
0
0
G202
E410-16
不预热
4
17
19
0
50
0
G207
E410-15
100
0
0
0
0
0
0
为了预防产生延迟裂纹，应采取下列方法。
① 焊条要充足干燥 选择焊条要放置在通风处储藏，严禁焊条受潮或杂乱无章地堆放。
② 施焊前焊条要烘干 焊条烘干可去除水分和氢，如采取G302或G307焊条，焊前在100℃以上烘干；采取G202或G207焊条，焊前在50℃以上烘干，焊后就不产生延迟裂纹。
③ 严格遵守操作规程 焊接铁素体复合钢板操作规程应依据板厚、接头形式及技术条件要求制订。
3.3 焊接程序
（1）复合钢板焊接方法
焊接方法应依据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定。现在焊接复合钢常见手工电弧焊，也可用氩弧焊、埋弧自动焊或气体保护焊。为了减小熔合比，可用双丝埋弧焊。实际生产中常见埋弧自动焊焊接基层，用手工电弧焊和氩弧焊焊接复层和过渡层。
为了确保复合钢板不失去原有综合性能，基层和复层必需分别进行焊接。基层焊接工艺和珠光体钢相同，复层焊接工艺和对应不锈钢（或镍基合金、钛及钛合金等）相同，只有基层和复层交界处焊接是属于异种金属焊接。
（2）复合钢焊接坡口形式
复合钢板下料时要尤其注意，假如采取氧－乙炔切割时，复层应向下，热影响区约为6～10mm。等离子弧切割时，复层应向上，热影响区约为0.5～1mm。压缩弧等离子切割热影响区最小或几乎没有。不管采取哪种方法下料，焊前全部必需打磨接口处，使接口平整并除去切割热影响区部分。
焊接坡口形式，通常尽可能采取V形或X形坡口双面焊。先焊基层，然后焊过渡层，最终焊复层（见图5）。这么焊接次序是为了确保复合钢焊接接头含有良好耐腐蚀性能。当焊接现场位置不许可作上述次序焊接时，可采取V形坡口单面焊。不管是单面焊还是双面焊时，全部应考虑过渡层焊接特点，并尽可能降低复层一侧焊接工作量。单面焊时应尽可能确保复层中不溶入或少溶入基层成份。

复合钢板接头设计和坡口形式见表13。薄件可采取I形坡口，较厚复层钢板可采取V形、U形、X形、V和U联合形坡口。也能够在接头后面一小段距离内进行机械加工，去掉复层金属（见图6），以确保焊条一道基层焊道不受复层金属过大稀释，以致脆化基层珠光体钢焊缝金属。复合钢板焊接角接头形式见图7。

通常尽可能采取X形坡口双面焊。先焊基层，再焊过渡层，最终焊复层，以确保焊接接头含有很好耐蚀性。同时考虑过渡层焊接特点，尽可能降低复层一侧焊接工作量。当因焊接位置限制只可采取单面焊时，可采取V形坡口单面焊，先焊复层，再焊过渡层，最终焊基层。焊接时尽可能使复层中少溶入基层成份。

（3）复合钢焊接材料选择
焊接材料选择不适宜，不锈钢焊缝就可能严重稀释，形成马氏体淬硬组织。因为铬、镍强烈渗透珠光体钢基层而严重脆化，产生裂纹。所以焊接过渡层时，为了降低基层对过渡层焊缝稀释作用，要选择含铬、镍当量较高焊接材料，施焊时采取小电流，降低熔合比，确保焊缝金属含有一定量铁素体组织，以提升抗裂性，且之即使受到基层稀释，也不会产生马氏体淬硬组织。
当复合板度小于25mm时，基层也可全用Cr25-Ni13系（A302）焊条，但焊接残余应力大，消耗不锈钢焊条多。当复合板厚度大于25mm时，可先用纯铁焊条焊一层过渡层，然后用钢焊条焊接基层。
常见不锈复合钢板焊接材料选择见表14。表中列出了基层、复层和过渡层焊接推荐采取焊条类型。这些焊条是依据复合钢板基层、复层性能要求而选定。不锈复合钢双面焊和埋弧焊时焊接材料选择见表15。
表14 常见不锈复合钢板焊接材料选择
复合钢组合
基 层
过 渡 层
复 层
Q235 0Cr13
E4303
E4315,E4316
E309-16(E1-23-13-16)
E309-15(E1-23-13-15)
E308-16(E0-19-10-16)
E308-15(E0-19-10-15)
16Mn 0Cr13
15MnV 0Cr13
E5003,E5015
E5016
E5515-G
E309-16(E1-23-13-16)
E309-15(E1-23-13-15)
E347-16(E0-19-10Nb-16)
E347-15(E0-19-10Nb-15)
12CrMo 0Cr13
E5515-B1
E309-16(E1-23-13-16)
E309-15(E1-23-13-15)
E347-16(E0-19-10Nb-16)
E347-15(E0-19-10Nb-15)
Q235 1Cr18Ni9Ti
Q235 0Cr18Ni9Ti
E4303
E4315,E4316
E309-16(E1-23-13-16)
E309-15(E1-23-13-15)
E347-16(E0-19-10Nb-16)
E347-15(E0-19-10Nb-15)
16Mn 1Cr18Ni9Ti
16Mn 0Cr18Ni9Ti
15MnV 1Cr18Ni9Ti
E5003,E5015
E5016
E5515-G
E309-16(E1-23-13-16)
E309-15(E1-23-13-15)
E347-16(E0-19-10Nb-16)
E347-15(E0-19-10Nb-15)
Q235 Cr18Ni12Mo2Ti
E4303
E4315,E4316
E309Mo-16
（E1-23-13-Mo2-16）
E318-16
（E0-18-12Mo2Nb-16）
16Mn 0Cr18Ni12Mo2Ti
15MnV 0Cr18Ni12Mo2Ti
E5003,E5015
E5016
E5515-G
E309Mo-16
（E1-23-13-Mo2-16）
E318-16
（E0-18-12Mo2Nb-16）
注：括号内为GB/T 983-1985型号。
表15 不锈复合钢双面焊和埋弧焊时焊接材料选择
复合钢板
手工电弧焊
埋 弧 焊
牌 号
型 号
焊 丝
焊 剂
基层
Q235
J422,J427
E4302,E4315
H08A,H08
HJ431
20、20g
J422,J427
J507
E5003,E5015
E5515-G
H08Mn2SiA,H08A
H08MnA
HJ431
09Mn2
16Mn
15MnTi
J502,J507
J557
E5003,E5015
E5515-G
H08MnA
H08Mn2SiA
H10Mn2
HJ431
过 渡 层
A302,A307
A312
E309-16,E309-15
E309Mo-16
H00Cr29Ni12TiAl
HJ260
复层
1Cr18Ni9Ti
0Cr18Ni9Ti
0Cr13
A102,A107
A132,A137
A202,A207
E308-16,E308-15
E347-16,E347-15
E316-16,E316-15
H0Cr19Ni9Ti
H00Cr29Ni12TiAl
HJ260
Cr18Ni12Mo2Ti
Cr18Ni12Mo3Ti
A202,A207
A212
E316-16,E316-15
E318-16
H0Cr18Ni12Mo2Ti
H0Cr18Ni12Mo3Ti
H00Cr29Ni12TiAl
HJ260
复合钢板基体和复层分别选择各自适用焊接材料进行焊接。关键是靠近复层过渡层部分，必需考虑基层稀释作用，应选择Cr、Ni含量较高奥氏体填充金属来焊接过渡层部分，以免出现脆硬组织。复合钢板基层较薄时（如总厚度小于8mm），能够用奥氏体焊条或填充金属焊接复合钢全厚度，这时更需考虑基层材料稀释作用。
当复合钢板厚度小于25mm时，基层也可全用E309-16等焊条，但焊接残余应力稍大些，消耗不锈钢焊条多。当复合钢板厚度大于25mm时，可先用铁素体焊条施焊一层过渡层，然后再用碳钢焊条焊接基层。复合钢单面焊焊接材料选择见表16。
表16 复合钢单面焊焊接材料选择
复合钢板
手工电弧焊
埋 弧 焊
备 注
牌 号
型 号
焊 丝
焊 剂
复层
0Cr18Ni9Ti
1Cr18Ni9Ti
0Cr13
A102,A107
A002
E308-16,E308-15
E308L
－
－
－
过渡层
－
纯Fe
－
－
－
－
基层
(有过渡层)
Q235,20
J422
E4303
H08A
HJ431
最初两层手工电弧焊，其它用埋弧焊
20g
J422,J502
J507
E4303,E5003
E5015
H08A
H08MnA
HJ431
16Mn
15MnTi
J507,J557
J607
E5015,E5515-G
E6015-G
H08MnA
H10Mn2
HJ431
基层
(无过渡层)
20,20g
16Mn
15MnTi
A302
A307
E309-16
E309-15
HCr25Ni13
H00Cr29Ni12TiAl
HJ260
（4）复合钢焊接工艺
依据复合钢板材质、接头厚度、坡口尺寸及施焊条件等确定焊接工艺，通常选择手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO2气体保护焊等。现在常见氩弧焊焊接复层，用埋弧焊或手工电弧焊焊接基层。
① 焊接次序 复层钢焊接次序为：先焊基层，再焊过渡层，最终焊复层（见图5），以确保焊接接头含有良好耐蚀性。同时还应考虑过渡层焊接特点，尽可能降低复层一侧焊接工作量。角接接头不管复层在内侧或外侧，均先焊接基层。复层在内侧时，在焊复层以前应从内角对基层焊根进行清根。复层在外侧时，应对基层最终焊道进行修光。焊接复层时，可先焊过渡层，也可直接焊复层，这要依据复合钢板厚度而定。为了预防第一道基层焊缝中熔入奥氏体钢，可预先将接头周围复层金属加工掉一部分。过渡层高温下有碳扩散过程发生，在交界区形成了高硬度增碳带和低硬度脱碳带，使过渡层形成了复杂金相组织状态，造成复层钢板焊接困难。
② 焊接工艺关键点 焊前正确装配，是关系到接头质量关键。焊前装配应以复层为基准，预防错边量过大，影响复层焊接质量。首先必需确保工件装配间隙，通常对接接头约1.5～2mm，确保不错边。错边量过大将直接影响过渡层和复层焊接质量。筒体件装配焊缝错边量许可值见表17。
表17 筒体件装配焊缝错边量许可值
复层厚度/mm
纵缝错边量/mm
环缝错边量/mm
2～2.5
≤0.5
≤1.0
35
≤1.0
≤1.5
装配时点固焊在基层钢上进行，点焊焊缝不可产生裂纹和气孔，不然应铲去重焊。点焊所用焊条及工艺参数和生产时用相同。严禁用碳钢或低合金钢焊接材料在高合金复层上施焊，并预防用错焊条，把过渡层焊条焊到复层上。用碳钢焊条在复层一侧施焊时，应对复层表面（坡口两侧各150mm范围）涂覆白垩粉保护，已经粘上飞溅颗粒必需仔细清除掉。不锈钢复层不可有划伤或污染。
先焊基层，第一道基层焊缝不应熔透到复层金属，以防焊缝金属发生脆化或产生裂纹。基层钢焊接时，仍按基层钢常规焊接电流施焊。对于过渡层焊接，为了降低母材对焊缝稀释率，在确保焊透条件下，应尽可能采取小电流焊接。
基层焊完后，用碳弧气刨、铲削或磨削法清理焊根，经X射线探伤合格后，才能焊接过渡层，最终将复层焊满。要尽可能降低焊缝稀释，采取小直径焊条和窄焊道；自动焊时，采取摆动焊丝或多丝焊以减小熔合比，尽可能采取直流正接。焊过渡层焊缝时，必需盖满基层焊缝，且要高出基层和复层交界线约1mm，焊缝成形要平滑，不可凸起，不然需用手砂轮打磨掉。Q235 1Cr18Ni9Ti复合板焊接工艺参数见表18。
表18 Q235 1Cr18Ni9Ti复合钢板焊接工艺参数
焊缝层次
焊 条
焊条直径
/mm
焊接电流
/A
焊接电压
/V
牌号
型 号①
基层
1
2
3
J427
E4315
3
4
4
120
160
190
20
24
26
过渡层
4
A302
E309-16(E1-23-13-16)
4
130～140
20
复层
5
A312
E309Mo-16(EE1-23-13Mo2-16
4
140～150
20
① 括号内为GB/T 983-1985型号。
焊接小直径复合钢管时，第一层焊道应采取钨极氩弧焊，然后用E309-15等奥氏体焊条焊接第二层。原子能反应堆球形压力容器是由大厚度双层钢组成，施焊过程中先焊内部不锈钢复合层，再焊一层铁素体过渡层，最终用低合金钢焊条填满基层焊缝。依据工作条件选择结构材料时，应使奥氏体焊缝和珠光体钢熔合区中扩散层降低到最小程度。这一点对于在高温和有腐蚀性介质中工作构件和焊后需要进行回火处理大型构件来说尤其关键。在很多情况下，焊接构件许可工作温度应低于珠光体钢使用温度。
因为熔合区化学成份、组织性能不均匀性和基层、复层两种钢热导率差异，可能产生扩散过渡层或引发扩散过渡层变宽。为了预防扩散层生成和变宽，可采取含碳化物形成元素珠光体焊条进行焊接，或在焊接坡口处用
3.4 焊后热处理
不锈复合钢热处理时，在复合钢交界面上会产生碳元素从基层向复层扩散，并随温度升高，保温时间增加而加剧。结果在基层一侧形成脱碳层，在不锈钢一侧形成增碳层，使其硬度增高，韧性下降。脱碳层一侧软化，强度降低。基层和复层热膨胀系数相差很大，在