2012年12月我在國內(nèi)某壓力容器制造廠，看到一個(gè)用不銹鋼覆合板材料進(jìn)行焊接的壓力容器，在X光拍片時(shí)發(fā)現(xiàn)很多橫向裂紋。他們問我為什么會(huì)出現(xiàn)橫向裂紋？

我問，他們是否有合格的焊接工藝(WPS)，他們說有并且馬上拿出來給我看，一看這焊接工藝我就知道為什么會(huì)產(chǎn)生橫向裂紋了，因?yàn)?span style="color: rgb(148, 46, 27);box-sizing: border-box;">這個(gè)焊接工藝設(shè)計(jì)不合理，單靠焊工去控制是不可靠的。

這個(gè)工藝提供的資料告訴我們，不銹鋼覆合板分別由18mm和3mm不銹鋼組成，開對(duì)稱的X型坡口，從內(nèi)外兩面進(jìn)行焊接，分別用手工電弧焊(SMAW)和埋弧焊(SAW)方法。

焊接順序是從容器內(nèi)先用碳鋼焊條手工電弧焊焊接，工藝上要求焊到不銹鋼層前1mm時(shí)，再用不銹鋼過渡性焊條E309焊接，過渡層焊完再轉(zhuǎn)換E316L焊條蓋面；

然后在容器外碳弧氣刨清根，第一道用直徑2.4mm焊絲的埋弧焊焊接，接著用直徑4.0mm焊絲埋弧焊填充及蓋面。

這種焊接工藝無論是從焊接手冊(cè)或GB再或者AWS標(biāo)準(zhǔn)等查找，都可以找到這種標(biāo)準(zhǔn)的焊接工藝，也是很成熟的焊接工藝，但是為什么他們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)就焊不好呢？

因為在實(shí)驗(yàn)室由大師傅焊接的只有一小段，而且多數(shù)是平焊位置，焊接空間足夠、光線明朗、工作環(huán)境好、沒有任何限制，而且用最好的焊機(jī)進(jìn)行焊接，焊接后的試件無論是用無損檢測(cè)(NDT)還是破壞性試驗(yàn)(DT)都是合格的，看不出任何問題。

可是實(shí)際焊接時(shí)卻是在容器內(nèi)，“空間狹窄、黑暗、煙霧迷漫、灰塵滾滾、噪音隆隆、又悶又熱，還要 360度全位置的環(huán)境下焊接，為了趕工期趕時(shí)間工人很自然地用大焊條大電流大高填充率地焊接，希望盡快完成焊接退出這惡劣的密閉空間，誰還有心情去控制那1mm間距，更何況是高溫熔池的電弧，稍不留意就會(huì)觸焊到了不銹鋼層。

當(dāng)碳鋼焊條焊到不銹鋼層，熔化的金屬就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)「金屬稀釋」(dilution) 現(xiàn)象，其結(jié)果是造成硬化和碎裂。

（資料圖，與內(nèi)容無關(guān)）

20年前我們?cè)跒橄愀勰畴姀S一個(gè)煤炭漏斗構(gòu)件做焊接工藝(WPS)時(shí)其中彎曲試驗(yàn)出現(xiàn)開裂問題。

事情是這樣的我的客戶是我多年的朋友，一個(gè)即是老板又是焊工的大師傅，我同事帶上我們之前建議焊接工藝他們公司進(jìn)行焊接工藝考試，要求他按我們提供坡口型式加工和組對(duì)，但是他已經(jīng)開好坡口和組對(duì)完畢，就是不肯更改。

同事打電話告訴我，我就直接與這個(gè)大師傅焊工通電話，他在電話里說：“你認(rèn)識(shí)我十幾年了，難道不相信我的焊接技術(shù)，我保證沒問題，有什么問題我負(fù)責(zé)！”

我就告訴他如果不按我們的建議焊接，之后的NDT和DT試驗(yàn)不合格重新再做WPS的所有損失由你負(fù)責(zé)”。

他說:“沒問題！”

“即然您這么說那您就后果自負(fù)吧！”我說

焊工就按他自己焊接普通鋼的習(xí)慣進(jìn)行坡口加工組對(duì)和焊接。

不銹鋼覆合板分別是1/8英吋的316不銹鋼和3/8英吋的低碳鋼組成，從碳鋼層開V型坡口直到不銹鋼層留1-2mm鈍邊，組對(duì)時(shí)根部間隙2-3mm。(見圖1)

他首先用不銹鋼E316L直徑3.2mm焊條從背面不銹鋼層焊接(封底)，再轉(zhuǎn)回正面用E309直徑3.2mm焊條焊接，最后用E7016直徑4.0mm碳鋼焊條蓋面，全部用立焊位置進(jìn)行。(見圖2)

（圖 1 錯(cuò)誤的坡口型式和組對(duì)錯(cuò)誤的焊接順序(圖2)）

（圖 2 錯(cuò)誤的焊接順序）

我們的同事如實(shí)記錄下所有焊接參數(shù)，三道焊縫輕松完成焊接。

拿回公司后先做X光拍片，X光片上很漂亮沒有任何可見的缺陷。然后按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行切割和機(jī)械加工，做機(jī)械性能試驗(yàn)，拉伸強(qiáng)度沒問題，硬度測(cè)試發(fā)現(xiàn)在碳鋼層與不銹鋼交界處硬度超標(biāo)。(見圖3) 

（圖 3 不正確焊接順序焊縫橫切面宏觀圖 (硬度超標(biāo))）

彎曲試驗(yàn)就爆裂了而且清楚地看到斷口在碳鋼層像火燒一樣(見圖4)，碳鋼層的焊縫區(qū)域明顯有明顯的硬化現(xiàn)象(見圖5)。

（圖 4 彎曲試驗(yàn)開裂 (像火燒一樣)）

（圖 5 彎曲試驗(yàn)開裂和明顯的硬化）

這樣的結(jié)果肯定是不合格的了，我告訴他這種不銹鋼覆合板的焊接方法，必須按正確的焊接順序和正確的坡口型式進(jìn)行焊接，否則肯定會(huì)碎裂。

然后把一份英文的說明書翻譯成中文給他看。

叫他在焊過度層E309焊條焊接時(shí)，最好用直徑小的2.6mm焊條，并且用小電流薄薄的焊上一層即可。

焊接大師傅還很不服氣地說：“那好！我就按你的方法去買小焊條再做一次，如果同樣出現(xiàn)斷裂，之前所有的費(fèi)用是否你給？”

我答應(yīng)他說:“好?。?rdquo;

之后他照我們提供的焊接方法進(jìn)行焊接(見圖6、7、8、9、10)，無論是NDT還是DT所有試驗(yàn)全部合格，特別是彎曲試驗(yàn)不但沒有開裂而且是非常柔順(見圖11、12)。

（圖 6 正確的坡口型式和組對(duì)）

（圖 7 正確的焊接順序是先焊碳鋼層）

（圖 8 背面用不銹鋼砂輪打磨清根）

盡可能地用小電流薄層焊道焊接 !!!

（圖 9 分別用E312過渡性焊條和E316L焊條焊接）

注意 : 用小焊條小電流焊接，小電流多道焊避免過熱

（圖 8 背面用不銹鋼砂輪打磨清根）

（圖 10 正確焊接順序焊縫橫切面宏觀圖）

（圖 11 正確的焊接順序焊接時(shí)，彎曲試驗(yàn)效果非常好!）

（圖 12 正確的焊接順序焊接時(shí)，彎曲試驗(yàn)效果是柔順的）

好壞一對(duì)比馬上看到效果，焊工不得不服了。(見圖13)

（圖 13 好壞一對(duì)比馬上看到效果）

1.焊工不按正確的坡口型式制作和組對(duì)(見圖1)；

2.焊接順序不當(dāng)而且用較粗焊條和大電流焊接層間溫度過高，造成焊接過中產(chǎn)生嚴(yán)重的「金屬稀釋」現(xiàn)象；

3.不銹鋼與碳鋼焊接時(shí)必須先做「絕緣」，形象的比喻，就像電工在 10 萬伏電壓下帶電作業(yè)時(shí)，首先要做到的是絕對(duì)、絕對(duì)「絕緣」，否則不幸觸電肯定是必死無疑！

4.當(dāng)碳鋼焊條的電弧熔化到不銹鋼層時(shí)的「金屬稀釋」現(xiàn)象，就像人體觸到10萬伏電壓一樣也是必死無疑！

5.因?yàn)椤附饘傧♂尅宫F(xiàn)象會(huì)使焊縫產(chǎn)生硬化和碎裂，即使不立即開裂也會(huì)就像人體出現(xiàn)「肝硬化」一樣。

6.最可恨的是這種「肝硬化」 X光檢測(cè)是無法發(fā)現(xiàn)的，為將來的使用過程中產(chǎn)生過早的金屬疲勞事故卻留下隱患。同時(shí)檢測(cè)人員和公司也要承擔(dān)著看不見的責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)。

1. 坡口型式:在碳鋼層開 V 型坡口并留 1-2mm 鈍邊，組對(duì)時(shí)不留間隙，保證碳鋼焊接時(shí)不會(huì)熔化到不銹鋼層，由它來控制「絕緣」（見圖6）這就是「工藝控制」；

2. 先從外側(cè)用直徑Ø3.2mm E7016 碳鋼焊條手工電弧焊；

3. 內(nèi)側(cè)用不銹鋼砂輪打磨「清根」；

4. 用 Ø2.6mm E312焊條手工焊過渡層；

5. 最后用Ø3.2mm E316焊條手工焊蓋面；

6. 注意：E312和E316不銹鋼焊條盡可能地用小電流的薄層焊道，電流過大即使用E312也會(huì)產(chǎn)生「金屬稀釋」，“大電流” “大熔池” “大稀釋” “大問題”。

只能在實(shí)驗(yàn)做到的焊接工藝絕對(duì)不是一個(gè)好的焊接工藝，因?yàn)閱渭兛抗と俗约喝タ刂剖遣豢煽康摹?/p>

我們要的焊接工藝是在現(xiàn)場(chǎng)最惡劣的條件下，任何一個(gè)合格焊工輕輕松松就能焊得好的焊接工藝才是真正可用的焊接工藝。

這個(gè)案例告訴我們：焊接工藝一定要適合當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和焊接方法，才能發(fā)揮最佳的效果，才能保證焊接質(zhì)量。

20 年過去了此構(gòu)件從未發(fā)現(xiàn)金屬疲勞和應(yīng)力腐蝕問題，事實(shí)證明我們的WPS是正確的。

以下是一份英文不銹鋼覆合材料的焊接說明書我把它譯成中文給焊接看。

有關(guān)不銹鋼與普通鋼組成的復(fù)合材料焊接時(shí)，一個(gè)非常重要的問題是不銹鋼材料(包括焊條以及不銹鋼母材)與鋼的「稀釋程度」(混合或污染程度)，因?yàn)樵诤附赢a(chǎn)生高溫溶池時(shí)將兩種以上金屬溶解、互相滲透而產(chǎn)生「稀釋現(xiàn)像」，一定要減少和避免「稀釋」因?yàn)?span style="color: rgb(148, 46, 27);box-sizing: border-box;">它會(huì)產(chǎn)生以下四個(gè)問題：

一、硬化：焊肉以及焊熱影響區(qū)硬化；

二、易碎：特別是影響鋼材方面包括E7016；

三、裂紋：易裂；

四、不銹鋼抗腐能力下降將來使用過程中容易生銹和產(chǎn)生早期疲勞。

請(qǐng)勿必遵守焊接程序的要求，建議用12#Dia. 2.6mm E312打底薄薄一層即可，不要用大電流，因?yàn)榇箅娏鲿?huì)產(chǎn)生 “大熔池” “大稀釋” “大問題”！

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