不锈钢复合板因性能优异,成本低廉,广泛应用于耐腐蚀,耐高温环境中。由于不锈钢复合板基层与覆层之间在成分和性能方面差异较大,使不锈钢复合板在焊接过程中易出现基层与覆层之间的相互稀释和扩散,脆性相的产生等问题,进而影响复合板焊缝的组织和性能。为控制不锈钢焊缝的合金元素含量,避免产生淬硬组织,减小熔合区宽度,获得性能优异的焊接产品,本课题采用不同的坡口形式、焊接方法和焊接材料,设计了四种工艺对Q235/304不锈钢复合板进行试焊研究:分别为A工艺(V型坡口,无过渡层)、B工艺(阶梯V型坡口,无过渡层)、C工艺(阶梯V型坡口,TIG焊过渡)和D工艺(阶梯V型坡口,SMAW焊过渡)。通过对不同工艺所得焊缝的微观组织、元素分布、力学性能及断口形貌等的分析,确定最佳焊接工艺。结果表明:1.几种工艺所得焊缝均成型良好,焊缝内部未出现裂纹、气孔和夹渣等缺陷,焊缝各界面处均结合良好。A、C和D工艺不锈钢焊缝组织均为铁素体+奥氏体的双相组织。A工艺中,碳钢打底焊缝出现了马氏体组织,B工艺不锈钢焊缝中靠近碳钢焊缝处组织为马氏体。2.焊缝元素分布结果表明,A工艺碳钢打底焊缝Cr、Ni元素含量远高于碳钢母材。B工艺不锈钢焊缝Cr元素含量低于不锈钢母材。C工艺不锈钢焊缝Cr元素含量低于不锈钢母材,过渡层隔离效果较差。D工艺不锈钢焊缝Cr、Ni元素含量均高于不锈钢母材,过渡层作用明显。3.力学性能试验结果表明,几种工艺所得焊缝硬度值B工艺最大,最大值为524HV,D工艺最小,最小值为295HV。拉伸试验断裂位置都位于远离焊缝的母材,表明焊缝满足强度要求。四种工艺的弯曲试样均未出现裂纹,焊缝韧性良好。缺口弯曲试验中,当缺口位于碳钢焊缝时,焊缝具有最高的抗弯强度。B、C、D三种工艺中,D工艺焊缝抗弯性能最优。D工艺焊缝-40~oC时三个方向冲击功分别为49J、45J和55J,具有最佳的冲击韧性。4.断口分析结果表明,缺口弯曲断口都呈韧性断裂,边缘处受平面应力状态影响,韧窝呈条状。冲击断口显示,不锈钢焊缝与过渡层受到碳钢焊缝稀释程度不一样,断口形貌有所区别,不锈钢焊缝比过渡层韧窝深且大。