不銹鋼/碳鋼層狀金屬材料焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀

劉勇+史媛媛+劉傳樂(lè)

【摘要】 本文簡(jiǎn)單對(duì)焊接過(guò)程中的難點(diǎn)和主要問(wèn)題進(jìn)行了分析，以此為基礎(chǔ)，詳細(xì)的分析了我國(guó)目前在不銹鋼/碳鋼層狀金屬焊接技術(shù)上研究的現(xiàn)狀，對(duì)具體的焊接方式、焊接之后的工藝、焊接縫隙的力學(xué)性能和組織、焊接過(guò)渡層及耐腐蝕性進(jìn)行了重點(diǎn)研究，并對(duì)該焊接技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨向進(jìn)行了分析。希望本文能夠?qū)ο嚓P(guān)人員的研究工作提供些許參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 不銹鋼/碳鋼層狀金屬材料 焊接技術(shù) 工藝

現(xiàn)階段我國(guó)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，使得既具有基層金屬材料剛度和強(qiáng)度，又具有復(fù)層金屬材料耐腐蝕性、耐熱性、耐磨損性能的層狀金屬材料得到了較大范圍的應(yīng)用。和純不銹鋼板材料相比，不銹鋼復(fù)合板能夠降低成本、節(jié)約珍貴稀有的材料，所以這種不銹鋼復(fù)合板在當(dāng)今時(shí)代具有很大的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)大量的應(yīng)用在船舶、電力、機(jī)械、化工等領(lǐng)域。但若想進(jìn)一步促進(jìn)這種不銹鋼復(fù)合板的廣泛應(yīng)用，焊接技術(shù)就成為了最重要的一種連接工藝，也愈發(fā)受到社會(huì)各方面的重視。

一、焊接過(guò)程中的難點(diǎn)和應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題

不銹鋼或者碳鋼在物理性能上的差別是焊接復(fù)合板時(shí)最應(yīng)該考慮的因素，其次也要關(guān)注這兩種材料的焊接性能。在表1中可以清楚的看到，碳鋼的線膨脹系數(shù)大約為不銹鋼的一半，但是熱導(dǎo)率卻大約是碳鋼的3倍。在所有鋼材中，碳鋼是焊接性能最優(yōu)秀的一種焊接材料，通常來(lái)說(shuō)不銹鋼也非常容易進(jìn)行焊接，然而由于不銹鋼自身的特點(diǎn)，在焊接接頭非常容易產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力。在不銹鋼進(jìn)行熔焊的過(guò)程中，因?yàn)槠渲羞^(guò)熱碳化物的溶解，在焊接的接頭會(huì)產(chǎn)生熱裂紋。

在不銹鋼復(fù)合板的焊接過(guò)程中應(yīng)該注意下面這些問(wèn)題：一是對(duì)基層材料進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)避免由Cr、Ni等合金含量的升高所導(dǎo)致的基層焊接縫隙中發(fā)生裂紋進(jìn)而影響焊接之后的強(qiáng)度的現(xiàn)象；二是對(duì)復(fù)層材料進(jìn)行焊接時(shí)，要避免發(fā)生增碳現(xiàn)象，防止其耐腐蝕性能受到影響，所以應(yīng)該采取特殊的焊接方式；三是過(guò)渡層的焊接，也是最重要的焊接工藝。

二、目前不銹鋼/碳鋼層狀金屬在焊接技術(shù)上的現(xiàn)狀

1、選擇合適的焊接方式。針對(duì)手工電弧焊具有的局限性，部分學(xué)者采用了埋弧焊對(duì)基層進(jìn)行焊接，對(duì)復(fù)層和過(guò)渡層均采取藥芯焊絲融化級(jí)氣體保護(hù)焊，并通過(guò)實(shí)踐證明，這種焊接方式達(dá)到了使用的要求。而基于雙相復(fù)合板焊接過(guò)程中面臨的工藝參數(shù)問(wèn)題，相關(guān)人員對(duì)不同焊接工藝的參數(shù)進(jìn)行了分析比較，并通過(guò)完整的數(shù)學(xué)模型及復(fù)制技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了多元回歸法發(fā)展，最終得到了滿足的參數(shù)。總而言之，針對(duì)復(fù)合板的復(fù)層及過(guò)渡層焊接過(guò)程中容易發(fā)生的冷熱裂紋、淬硬傾向、耐腐蝕性降低等現(xiàn)象，在焊接的方式和材料處著手，利用合理、科學(xué)的焊接工藝，才能夠獲得優(yōu)秀的焊接的效果。

2、焊接之后的工藝研究。部分學(xué)者根據(jù)焊接之后產(chǎn)生的裂紋、氫含量過(guò)高、殘余應(yīng)力過(guò)大、耐腐蝕性降低等現(xiàn)象，對(duì)焊后的工藝處理進(jìn)行了研究。首先針對(duì)焊后生成冷裂紋的現(xiàn)象，采取了焊前預(yù)熱和焊后熱處理等工藝。焊前預(yù)熱能夠顯著降低淬硬程度，但是溫度要適宜，在焊接過(guò)程中還需要對(duì)層間溫度進(jìn)行控制；而焊后的熱處理工藝是為了降低氫含量，同時(shí)降低殘余應(yīng)力，進(jìn)而保證焊后材料優(yōu)異的性能和組織。而為了進(jìn)一步提升耐腐蝕性，相關(guān)學(xué)者對(duì)焊接縫隙復(fù)層表面采取酸洗鈍化的工藝進(jìn)行改善，但是由于這種工藝有殘留和滲氫的負(fù)面影響，為了避免這種影響，提出了運(yùn)用拋珠的方式來(lái)改善層狀金屬的耐腐蝕性，并取得了良好的效果。

3、研究焊接過(guò)渡層。過(guò)渡層的焊接是不銹鋼復(fù)合板焊接過(guò)程的難點(diǎn)，在此過(guò)程中，需要盡可能的讓過(guò)渡層變薄，降低基層和復(fù)層的擴(kuò)散速度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析得出，可以采用以下措施解決過(guò)渡層的問(wèn)題：一是利用階梯V形坡口；二是嚴(yán)格遵守焊接工藝，采用小電流快速焊對(duì)過(guò)渡層進(jìn)行焊接，對(duì)復(fù)層同樣采取小輸入；三是選擇富含Cr、Ni的焊接材料進(jìn)行焊接，以期控制過(guò)渡層的焊接質(zhì)量，保證焊后強(qiáng)度。

4、研究焊接后的耐腐蝕性。復(fù)合板焊接之后在確保接頭強(qiáng)度的前提下，還要保證復(fù)合板的使用性能，即耐腐蝕性。通關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，焊縫區(qū)在不同的溶液中均具備很好的耐點(diǎn)腐蝕性能，并通過(guò)對(duì)其化學(xué)成分和組織的分析得出，在焊接接頭處，合金元素的分布不均勻，稀釋率比較大，在滲碳作用的影響下，焊接接頭的晶間腐蝕敏感性會(huì)增加，組織分布不均勻，晶粒粗大，很容易加速基體的腐蝕速度。

結(jié)論：通過(guò)上文的分析可以清楚的看到：第一對(duì)不銹鋼/碳鋼層狀金屬進(jìn)行焊接時(shí)，基層焊接方式一般采用氬弧焊、CO2氣體保護(hù)焊、埋弧焊、焊條電弧焊等焊接方式，而復(fù)層和過(guò)渡層的焊接方式則大多采用焊條電弧焊或者氬弧焊，一減小融合比；第二在焊接材料的選擇上，基層材料通常依據(jù)等強(qiáng)原則進(jìn)行選擇，復(fù)層材料通常按性能選擇，過(guò)渡層材料通常選用Cr、Ni含量高的焊材。

參 考 文 獻(xiàn)

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