李耀富
广东中泽重工有限公司 广东中山528400
摘要：现在工业生产环境下，镍基合金复合钢板的使用率较高，而针对改材料进行焊接加工时，容易产生金属互融现象，进而影响材料的强度和防腐性能。因此，需要从工艺改进和焊接质量管理两个角度进行优化。文章阐述了镍基合金复合钢板的特点，从坡口设计、工艺选择、工艺参数设定、现场维护等角度，对镍基合金复合钢板的焊接注意要点和工艺质量管控要点进行分析。
关键词：镍基合金；复合钢板；焊接
前言：
随着社会经济持续发展，我国工业生产中出现了多种耐高温、耐腐蚀的复合型材料，而镍基合金复合钢板作为一种性能好、经久耐用的材料备受关注。而在实际生产建设活动中，关于镍基合金复合钢板的焊接加工较多。但是受到材料本身特性以及传统加工方式的影响，焊接中容易出现一些问题，导致镍基合金复合钢板材料性能受到影响。因此，有必要对镍基合金复合钢板焊接过程中的相关问题进行探究。
一、镍基合金复合钢板焊接工艺概述
（一）材料特征
镍基合金是一种能够适应工业生产高温、腐蚀环境的合金材料，基于该材料制成的合金钢板在我国石油化工、能源产业中有十分重要的应用价值。该材料能够在650-1000℃的高温中保持稳定，同时能够抵抗多种化学物质的腐蚀影响，具有很强的稳定性和耐久性[1]。通常情况下，镍基合金复合钢板中有两类关键材质，其一是提升钢板强度、耐久度的碳素钢，其二是提升其耐腐蚀能力及化学稳定性的镍、镍合金、不锈钢等材料。结合实际适用环境的不同，该复合钢板的材料构成、厚度有所差异。
（二）焊接工艺
焊接工艺是现代金属类材料加工中十分常见的工艺，其主要是通过高温促进金属互融，待冷却之后形成可靠整体。从镍基合金复合钢板的焊接加工来看，由于这类合金钢板涉及到多种材料，而不同材料的位置、厚度不同，焊接施工时很容易因金属互融而影响焊接处的材料结构，同时也会导致用于防腐蚀的镍基层性能受到影响，最终影响整个复合钢板材料的应用效果。所以，针对镍基合金复合钢板材料的焊接加工，需要具体考虑复合钢板的材料类型、结构特点，采用合适的焊接工艺和焊接方法[2]。同时，还要注意保证焊接处的金属强度不受影响，同时兼顾材料防腐蚀能力的可靠性。也就意味着，焊接施工期间的每个环节都要做好质量检测和控制，及时处理焊接质量问题，提升焊接质量。
二、镍基合金复合钢板焊接加工的注意事项及质量控制要点
某化工企业减压装置改造项目中，需要对减压塔大部分塔体以及整体内件材料更换，该减压塔内径为860cm。根据现场考察和后续工业生产要求分析，项目组决定采用镍基合金复合钢板作为主要材料，由于该材料在我国相关领域的研究和使用尚处于初期阶段，在项目施工中会面临多种困难，尤其是焊接加工环节的质量控制问题，值得引起重视。为此，项目组基于全面研究，制定了科学的焊接加工方案。
（一）优化坡口设计
在针对镍基合金复合钢板材料进行焊接加工时，坡口形状对焊缝的形成效果影响较大，并且还会直接决定焊缝质量。如果坡口设计不规范或不符合实际，很容易导致焊接过程中钢板材料出现变形的情况，还可能影响其主要材料的强度、防腐蚀能力和耐久度[3]。所以，在焊接坡口设计时，要确保焊接有序性。具体来讲，若焊接顺序是以基层为先，要保证复层渗碳防护处于正常状态，同时要严格杜绝在复层位置进行焊缝清根操作，避免影响其质量。在本项目中，考虑到传统的坡口设计方式无法满足减压塔实际应用环境需求，因此结合工程要求及镍基合金复合钢板的实际特征，针对性设计了X型台阶式坡口。该坡口设计方式的关键在于能够让复合钢板的基层材料和复层材料保持独立焊接，进而实现先内侧焊接，再基层焊接，最后从外侧进行焊缝清根处理，确保各焊接流程不会互相干扰和影响。尤其是焊缝清根时产生的焊渣、金属屑等不会影响镍基材料，确保其性能不受影响。另外，镍基合金复合钢板本身的基层和复层结构、材料构成都不同，涉及到的焊接技术工艺也会存在差异，而基于X型破口设计的独立焊接方案，也给不同焊接工艺的组合实施提供了良好的条件。这很大程度上确保了焊接工艺流程的合理性，降低了加工难度，有助于提升加工效率和质量。
（二）优选焊接工艺
现代技术条件下，针对不同金属材料及金属件的焊接加工，需要结合实际情况选用合适的焊接工艺[4]。尤其是针对镍基合金复合钢板这样的复合型材料，通常还涉及到多种焊接工艺的组合使用。在本项目中，项目组结合实际情况制定了以手工电弧焊为主，氩弧焊和堆焊为辅的焊接方案。针对镍基合金复合钢板基层部分和复层部分的焊接，分别选用CHE427焊条和UTP6222Mo焊条，在钢板材料过度部分采用的堆焊，也是使用的UTP6222Mo焊条。针对镍基合金复合钢板的焊接施工，项目组严格要求相关技术人员持证上岗，并且做好技术交底，明确焊接方案流程及质量要求。
在具体的焊接加工中，考虑到如果材料复合层混入过多铁元素会影响合金材料纯度和性能，所以对焊材也进行了严格控制。基于此，先在合金板内侧焊接基层，在外侧进行清根处理，过程中避免复层镍基材料受到影响。在内侧焊接过渡环节，严格做好PT检测，避免后续出现深层返修的情况。在针对镍基层材料进行焊接之前，也按照标准进行PT检测，进一步将返修、修补的次数降低。最后，通过规范、完善、严谨的焊缝维护工作，避免外界环境影响焊缝质量。
（三）工艺参数设定
在镍基合金复合钢板焊接加工中，不同的工程项目要求、材料特点以及加工环境，对涉及到的焊接工艺参数也有不同的要求。可以说前文提到的破口设计、工艺选择及质量管控，决定的是镍基合金复合钢板焊接加工的基础质量，而参数的合理控制，决定的是焊接加工质量上限。例如，在本项目对过渡层进行堆焊时，考虑到大电流、一次性的焊接工艺，很可能因焊接线瞬时能量过高而影响镍基合金材料特性，导致其强度及耐腐蚀能力受到影响，因此严格控制焊接线能量尤为重要[5]。技术人员具体的做法是合理降低焊丝直径，结合小电流多层、多道、不摆动的快速焊接措施，以有效控制焊接能量。再比如，针对手工电弧焊焊接环节，技术人员将线能量控制在8kj/cm内。另外焊接时合金材料不同层之间的温度差异，也会影响焊接质量，所以本项目技术人员严格将温度控制在150℃范围之内。最后，关于手工氩弧焊焊接参数的控制，如表1所示。
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结束语
综上所述，镍基合金复合钢板作为当今很多工业生产环境下十分关键的材料，由于其核心材料及结构的特殊性，在焊接加工时面临一些挑战。为此，需要结合项目的实际要求、加工现场环境特点，结合复合钢板本身的结构特点，对焊接坡口进行科学设计，选择核实的焊接加工工艺，制定合理的焊接方案。基于此，做好焊接过程的操作规范性控制、质量控制和参数优化，进而提升焊接施工质量，确保镍基合金复合钢板在投入使用之后的功能特性能够被充分发挥出来。
参考文献：
[1] 张岩松. 镍基合金复合钢板的焊接标准及焊接工艺探析[J]. 建筑工程技术与设计,2020(11):4132.
[2] 王瑞奇. 镍基合金复合钢板的焊接标准及焊接工艺探析[J]. 中国石油和化工标准与质量,2018,38(6):13-14
[3] 邬早勤,于健,刘建星,等. 真空焊接制坯复合轧制45#特厚钢板的工业生产与研究[J]. 宽厚板,2021,27(2):37-39.
[4] 刘富国,冯健,侯国亭. 核电设备用SA738Gr.B复合钢板的爆炸焊接试验研究[J]. 工程爆破,2021,27(1):89-94.
[5] 许晓航,郭会生,王凡,等. 列车用大厚度16MnR-0Cr18Ni9复合钢板过渡层焊接组织及性能研究[J]. 电焊机,2021,51(2):79-82.