不銹鋼復合中厚鋼板是由化學成分和物理性能有很大差異,焊接性也有重大差異的兩層鋼板組合而成,因而不可能用單一種焊接材料和焊接工藝進行焊接,而應將基層和復層區別對待。如果單獨采用適合于基層的焊接材料和焊接工藝,則焊接復層時會出現中合金水平的馬氏體鋼焊縫,不僅力學性能不良,還容易產生焊接裂紋,而且完全喪失了復層應有的耐蝕性;如果采用一種適合復層的不銹鋼焊接材料進行施焊,雖然易于得到腐蝕性能合格的復層表面,然而基層焊縫金屬卻完全由高、中合金水平的馬氏體鋼成分組成,其焊接裂紋傾向非常大,而且其塑性、強度等級不能同鋼板整體協調,以至在載荷作用下會出現不連續應力狀態,可能誘發斷裂失效,完全違背了制造不銹鋼復合中厚鋼板的初衷。為了防止基層成分對復層焊縫金屬的不利影響,以保證焊接接頭質量和性能,需要預先在基層焊縫表面熔敷一層規定成分的金屬層,稱之為過渡層(又稱隔離層)。
這樣,不銹鋼復合中厚鋼板的焊接將分為三個部分:一是復層之間的焊接,如同單一復層鋼板的焊接一樣,沒有難度;二是基層之間的焊接,如同單一基層鋼板的焊接一樣,也沒有難度;三是基層與復層之間過渡層的焊接,難度比較大,如同異種鋼焊接。
為了保證焊接接頭有良好的耐蝕性,通常應當避免復層焊后再次或多次受熱。因此在焊接不銹復合中厚板時,一般先焊接基層,后焊復層?;鶎颖容^厚又是先焊,只要坡口適當,可以完全避免復層金屬熔入基層焊縫金屬中的可能性。
根據對復層的性能要求(通常是耐蝕性),復層焊縫應當盡量與復層母材相同,這也是焊接不銹鋼的一條基本原則。但是焊接材料選用時要考慮兩個問題:一是要考慮復層鋼板本身的焊接性,重要的是防止焊縫出現結晶裂紋。這就要求焊縫金屬的化學成分與復層有所不同,以使其含有一定的鐵素體組織。二是要考慮基層鋼板對焊縫金屬的稀釋作用。因為復層焊接是在基層焊縫的基礎上開始的,并且還必須保證基層與復層之間有良好的焊接性,同時由于復層不厚,焊接的層數有限,這種稀稀作用是難于避免的。為了克服這一缺陷,合理的辦法是在基層同復層的接合面處設置一個過渡層,完成由基層到復層的成分過渡。這樣一來,從過渡層上開始對復層焊接,就比較接近于該種不銹鋼板的焊接。
不銹鋼復合中厚鋼板焊接的關鍵問題是復層與基層交界部位的焊接,也就是過渡層(又稱隔離層)的焊接問題。從熔焊的冶金學分析,過渡層的焊接同前面討論的異種鋼焊接沒有本質的區別。為保證過渡層能完成化學成分由基層到復層的過渡,很重要的是選擇合適的焊接材料和穩定的焊接參數以保證熔合比基本穩定。這個熔合比也可以通過坡口尺寸和焊接工藝在較大范圍內變化。
不銹鋼復合中厚鋼板的過渡層宜薄不宜厚。值得注意的還有,由于不銹鋼同碳鋼(或低合金結構鋼)之間的熱物理性能(特別是膨脹系數)差別較大。為了防止焊后冷卻過程中或以后服役過程中因溫差應力而開裂,應當保證過渡層具有優良的塑性和韌性,使它能夠起到吸收和緩沖應力對兩金屬交界面的有害作用,避免焊接接頭產生裂紋。另外,還要考慮在過渡層上焊接復層時,不至于過分的被過渡層所稀釋。