焊接工藝對普通不銹鋼弧形薄板與碳鋼厚板角焊縫焊接的影響分析

鄧文廣

摘要：隨著市場經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對于焊接工藝的運用也越來越成熟，促使焊接技術(shù)也得到了快速發(fā)展，焊接工藝被運用于諸多行業(yè)建設(shè)之中，然而，由于設(shè)計成本等原因，通常會用到不銹鋼弧形薄板與碳鋼焊接厚板進(jìn)行管板式角焊縫焊接。由于兩種材料的成分不同，焊接性能也不一樣。當(dāng)兩種金屬材料開展焊接時，由于兩種材料熱膨脹率、導(dǎo)電率均等差別較大，會產(chǎn)生焊縫裂紋、焊縫背面氧化過燒嚴(yán)重等焊接技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：焊接工藝；不銹鋼；碳鋼

我們不難看出焊接工藝對不銹鋼焊接變形的重要影響，如何解決焊接變形問題，是焊接工藝面臨的在不銹鋼加工過程中，焊接工藝是較為常用的加工手段，其工藝水平直接決定著不銹鋼的質(zhì)量，但在實際的焊接過程中，存在諸多影響因素，導(dǎo)致不銹鋼經(jīng)常出現(xiàn)變形現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著其使用性能的發(fā)揮，鑒于此，本文就焊接工藝中對不銹鋼焊接變形起到作用的因素進(jìn)行分析，并提出了幾項行之有效的措施，以期避免變形現(xiàn)象的發(fā)生，從而確保不銹鋼良好性能的發(fā)揮。

一、1Cr18Ni9Ti和20#鋼的性能分析

本文主要研究2mm～5mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼弧形薄板與大于25mm～50mm的20#鋼厚板進(jìn)行角焊縫手工鎢極氬弧焊焊接的一般狀態(tài)，重點研究焊接工藝的可行性。

（一）材料焊接性分析

1.1Cr18Ni9Ti不銹鋼性能

1Cr18Ni9Ti不銹鋼為奧氏體鋼，其中主要合金元素以鉻鎳為主。一般奧氏體鋼的通常鉻含量較高，增加含鉻量可提高其對一般酸的耐腐蝕能力。奧氏體不銹鋼主要靠鎳來完成奧氏體化，在此基礎(chǔ)上，有時用少量錳與氮部分取代鎳。在奧氏體鋼中可通過加入鈦或鈮，或把含碳量Wc降至0.03%及以下，達(dá)到碳的穩(wěn)定化，可以防止出現(xiàn)晶間腐蝕。

1Cr18Ni9Ti不銹鋼熱膨脹率、導(dǎo)電率均與碳鋼及低合金鋼差別較大，且熔池流動性差，由于Cr元素含量較高，焊接時極易氧化，故成形較差。

2.20#鋼性能

20#鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼，冷擠壓、滲碳淬硬鋼。該鋼強度低，韌性、塑性和焊接性均好。抗拉強度為253-500MPa，伸長率≥24%。

20#鋼屬于普通碳素鋼，在焊接接頭過熱區(qū)容易產(chǎn)生變形，具有明顯的塑性變形，具有良好的焊接性。

二、20#鋼與不銹鋼焊接特點分析

不銹鋼的熱導(dǎo)率為碳鋼的1/3，相比碳鋼，不銹鋼焊接時，焊接熔池的熱量傳導(dǎo)速度比碳鋼要低得多，先焊的焊接熔池對后焊的不銹鋼母材的預(yù)熱作用明顯，在同樣的焊接工藝參數(shù)下，不銹鋼母材的熔化速度比碳鋼母材的熔化速度要快。當(dāng)采用手工鎢極氬弧焊時，由于焊縫背部的高溫金屬無法進(jìn)行有效保護(hù)，焊縫背部的高溫金屬與空氣中的氧產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，會導(dǎo)致焊縫根部的嚴(yán)重氧化和燒損。如圖1所示，由于材料為2mm～5mm的弧形薄板，會導(dǎo)致焊縫位置應(yīng)力集中，產(chǎn)生變形。

三、焊接工藝研究

本次試驗采用厚度3mm的1Cr18Ni9Ti板材和厚度32mm的20#鋼的厚板，采用手工鎢極氬弧焊固定焊接。

（一）焊前準(zhǔn)備

1.將焊接位置及周圍10 mm內(nèi)用專用砂輪或不銹鋼絲刷將氧化層清除干凈，修磨出金屬光澤。并用丙酮和無水乙醇去除其表面油污、水分、灰塵等有害物質(zhì)，防止硫、鉛、磷或低熔點雜質(zhì)混入熔敷金屬中。

2.焊縫背面充氬氣進(jìn)行保護(hù)。

（二）焊接工藝研究

為了獲取較好質(zhì)量和合適的焊接參數(shù)，共開展了四組試驗。其中定位焊及焊接方法一致，主要為參數(shù)及環(huán)境的變化。

1.試驗參數(shù)及過程

采用φ2.0mm的Wce-20鎢極，鎢極伸出長度4?6 mm，噴嘴直徑12 mm，焊絲為H1Cr1 8Ni9Ti，直徑為φ2.5，焊接電流為80?10A，電弧電壓為12?14V，使用純度為99.99%的氬氣，氣體流量正面為8?12L/min、背面為8?15L/min，環(huán)境濕度為65%。通過不同的預(yù)熱溫度，考察焊接成型情況：（1）預(yù)熱溫度150℃；（2）預(yù)熱溫度200℃；（3）預(yù)熱溫度300℃；（4）預(yù)熱溫度400℃。

2.焊縫成型情況對比：

參數(shù)1：焊接完成后觀察，焊縫成型較差，局部焊縫中心偏碳鋼位置有裂紋。放置約1h后，焊縫總長超70%出現(xiàn)裂紋，使用木榔頭敲擊后裂紋擴展。焊縫橫向剖面有未焊透情況，貫穿性裂紋。

參數(shù)2：焊縫成型較好，局部有裂紋，放置約1h后，焊縫間斷出現(xiàn)總長約30%出現(xiàn)裂紋，使用木榔頭敲擊后裂紋擴展。

參數(shù)3：焊縫成型較好，無裂紋，放置約12h后，焊縫未產(chǎn)生裂紋。

參數(shù)4：焊縫成型較好，無裂紋，放置約12h后，焊縫未產(chǎn)生裂紋。

四、結(jié)語

在異種金屬焊接時應(yīng)注意以下幾個方面：做好焊前清理，定位焊焊點要均勻，選擇合適的電流，做好焊縫反面保護(hù)，同時應(yīng)重點選擇合適的預(yù)熱溫度。

總之，異種金屬焊接工藝選擇對焊接質(zhì)量至關(guān)重要，需要多次試驗，確定最佳參數(shù)。科學(xué)、合理地制定工藝方案，才能焊接出最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

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[2]林企曾，李成.迅速發(fā)展的中國不銹鋼工業(yè)[J].鋼鐵，2007.