摘要：三峡水利枢纽工程泄洪坝段深孔一、二期金结埋件过流面均采用不锈复合钢板制造，其基层低合金钢可以满足结构对风度的要求，而覆层不锈钢则可满足结构对耐磨耐腐性能的要求。 不锈复合钢板在水工钢结构制安中属首次应用。本文通过大量的工艺评定试验，并结合工程施工应用实践，详细地介绍了不锈复合钢板的焊接工艺。
关键词：三峡工程 不锈复合钢板 焊接 工艺试验 应用
前言
不锈复合钢板是由不锈钢覆层和碳钢或低合金钢基层经爆炸或轧制或爆炸轧制贴合而成的双金属板，这两种材料结合既保证了产品优良的使用性能，又大大节省了昂贵的不锈钢材料，是一种具有广阔应用前景的钢种。
三峡水利枢纽工程泄洪坝段建设物内设置有23个泄洪深孔，每孔布置有检修门槽、事故门槽及工作门槽，并在事故门槽及工作门槽之间设置有一期钢衬。由于泄烘深孔运行水头高（最大高度85米）、水流流速大（Vmax=32m/s），且长江水质泥砂含量高，对过流面的抗冲磨耐腐蚀性能要求高，因此深孔一、二期金结埋件过流面板均采用不锈复合钢板制造，其基层为Q345C低合金钢板，厚度为20num,覆分别为0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢板，厚度均为4mm。不锈复合钢板在水工钢结构中属首次应用，必须解决好其焊接工艺问题。
1.不锈复合钢板的焊接特点
不锈复合钢板是由化学成分和物理性能有很大差异、焊接性也有重大差异的两层钢板组合而成的，因而不可能用单一种焊接材料和焊接工艺进行焊接，而应将基层和覆层区别对待，基层的焊接采用与基层强度相匹配的焊条（或焊丝），其焊接工艺与相应的珠光体钢相同。根据对覆层不锈钢的性能要求，覆层焊缝金属的成分应当尽量与覆层钢板相同，同时要考虑两个问题：一是要考虑覆层不锈钢本身存在的焊接性问题，例如，在生产实践上常常防止焊缝出现热烈纹，不得不允许焊缝金属的成分稍稍偏离母材成分，以换取含有少量铁素体相的组织；二是要考虑基层对覆层焊缝的稀释作用，为了克服这一缺陷，合理的办法是在基层同覆层的结合面处设置一个过渡层，完成由基层到覆层的成分过渡。因此，不锈复合钢板焊接的关键问题在于处理好覆层与基层交界部位的焊接性，即过渡层的问题。
过渡层的施焊同异种钢焊接滑什么本质不同，为保证过渡层能完成化学成分由基层到覆层的过渡，很重要的是选择焊接材料和稳定工艺参数及保证熔合比。同时在考虑过渡层与覆层，基层的两个熔合区和焊接金属时，要使它们均达到对不锈复合钢板所要求的界面抗剪强度，所以过渡层宣薄不宣厚。而且还要防止由于覆层与基层金属之间的热特理性能（特别是膨胀系数）差别较大而引起在焊后冷却过程中或今后服役过程中因温差应力而开裂，应当保证过渡层具有优良的塑性和韧性，使它能够起到吸收和缓冲力对两金属交界面的有害作用，避免焊接接头产生裂纹。
2.焊接工艺评定试验
2.1试验依据
.GB/T13148-91《不锈钢复合钢板焊接技术条件》第7.4节“焊接工艺评定”；
.JB4708-92《钢制压力容器焊接工艺评定》；
.GB/T16957-1997《复合钢板焊接接头力学性能试验方法》；
.长江水利委员会三峡工程代表局枢金字（1999）第011号文件《三峡工程泄洪坝段深孔—期钢衬复合板技术条件》。
2.2试验条件
2.3不锈复合钢板
2.2.2焊接方法及设备
采用ZX7-400B逆变直流器焊机焊条电弧焊。
2.2.3焊条
不锈复合钢板焊接材料的选择关键在于不锈钢覆层焊接材料的正确选用。不锈钢焊条电弧焊接应选用铬镍含量稍高的不锈钢焊条进行焊接，同时还应综合考虑接头的组织应力，热应力分布对抗裂性的影响及接头组织成分对耐磨蚀性的影响，并方便施工现场的管理，运用舍夫勒焊缝组织图进行比较分析，选定的焊条匹配组合如表2所示。
2.3焊接工艺
2.3.1焊接坡口
根据现场实际情况，焊接坡口采用带金属垫板的单面V型坡口，见图1。
2.3.2施焊工艺
（1）焊工：由培训考试合格的焊工担任试板的焊接工作。
（2）焊接程序：先焊基材，进行规定的质量检验项目合格后，再焊接过渡层，最后焊接覆层。
（3）基层焊接：焊接基层时，应严格采用短弧操作，其焊接不得触及和融化覆层母材，基层焊道表面应距复合界面1-1。5mm，焊道余高应≤1。0mm，否则应用砂轮进行修磨。
（4）过渡层焊接：在保证熔合良好的前提下，要尽量减少基层金属的熔入量，采用直径≤φ3。2mm的焊条及较小线能量焊接。
（5）过渡层及覆层焊接采用直焊道不摆动快速焊，覆层盖面时可作轻微摆动，摆动幅度≤2。5倍焊条直径。
（6）层间温度的控制：严格控制过渡层、覆层焊接的层间温度≤100℃。
(7）过渡层的控制：焊前将坡口打磨至离覆层表面5。0-6。0mm深，并用磨光机清除附着残留在覆层坡口面上的基层焊接飞溅和焊渣。过渡过层厚度2-3mm。
（8）焊接规范见表4
2.4焊接工艺项目
2.5外观检查及无损探伤
试板外观经检查均合格，内部质量经X射线探伤均达到GB3323-87Ⅰ级或Ⅱ级，合格。
2.6机械性能试验及结果
2.6.1拉伸试验
（1）拉伸试样的取样数量和顺序按GB/T13148-91标准进行；
（2）拉伸试验结果：8块试板的16个拉伸试样均样断于母材，抗拉强度￡b均大于合格指标，合格。
2.6.2 弯曲试验
（1）取样方法、部位和数量接GB/T13148-91标准规定进行。
（2）弯曲形式，按照JB4708-92标准中耐蚀层堆焊弯曲试验方法和合格指标进行不锈复合钢板焊接接头的弯曲试验，8块试板的32个侧弯试样实际弯曲角均达到规定值180度，且完好未出现开裂现象，全部合格。
2.6.3冲击试验
GB/T13148-91对冲击试验未作规定，GB/T8165-1997年规定“复合钢板的冲击韧性应符合标冷规定值”，GB1591规定：20℃时，Q345C钢板Akv≥34j。
冲击韧性试验取样方法，数量根据JB4708-92规定进行，取样部位在基层，缺口位置分别在焊缝和热影响区，48个冲击韧性试样的常温冲击攻Akv为62-137j，均大于GB1591规定最低值34J，合格。
3不锈复合钢板衬的现场焊接
3.1装配方法及焊前准备
三峡二期工程泄洪坝段深孔一、二期不锈复合钢板钢衬现场焊缝的坡口相同，即底钢衬封板焊缝坡口为带垫板的单面V型坡口，其它均为大钝边直Y型坡口，坡口深度4-6mm。装配前打磨坡口面及侧各20mm，直至呈现金属光泽，然后进行装配，要求覆层对齐，对口错边量≤1mm,V型坡口根部间隙4-6mm,Y型坡口根部间隙0-1mm。合格后在基层进行点固焊。点固完毕后，重新检查装配质量，确认合格后，在覆层坡口两侧100-150mm范围内均匀喷洒一层金属焊接防飞溅剂，即可进行焊接。
3.2焊接技术要求
（1）所有焊工均必须在持有Q345C低合金钢板全位置有效合格证有效合格证的基础上，经不锈复合钢板焊接理论知识和操作技能培训，并按DL/T679-1999《焊接技术考核规程》考试合格；
（2）所用焊条均必须严格按照焊条使用说明书要求烘焙，并盛装在保温筒内，随用随取；
（3）大钝边Y型坡口密封焊缝，焊前还应用丙酮清洗坡口面及两侧20mm范围；
（4）焊接按第2。3。2条要求进行；
（5）基层焊完后，进行质量检验，如发现超标缺陷，需及时进行返修；
（6）覆层焊缝焊完后，铲平焊缝余高，要求不高于母材0。5mm,不低于母材0。3mm,粗糙度25,且进行着色检查，如发现缺陷，需返修。
3.3应用结果
经过一年多的焊接施工，三峡二期工程泄洪坝段深孔一、二期不锈复合钢衬已完成带垫板V型坡口对接焊缝4100米，大钝边Y型坡口密封焊缝4300余米的焊接，经无损检测一次合格率达到了99。93%。
4 结 论
（1）通过焊接工艺评定试验和一年多的焊接施工实践证实，三峡工程泄洪深孔一、二期不锈复合钢板钢衬的焊接材料选用正确，焊接规范参数制定合理，其焊接技术方案可行，焊接质量良好；
（2）不锈复合钢板用于制造水电工程中高水头，大流量；高流速过流面保护钢衬砌，在保证结构强度刚度的同时，增加了衬砌的耐磨耐蚀性和使用寿命，提高了经济效益；
(3)此项工艺的试验与应用，为今后不锈复合钢板在水电工程及其他领域的广泛应用提供了成熟的焊接技术支持。
