不銹鋼復(fù)合材料焊接順序工藝探究

臧春田

【摘要】不銹鋼復(fù)合材料是通過(guò)具有一定厚度的碳鋼或者合金鋼集成、較薄的不銹鋼復(fù)層構(gòu)成，基層主要的作用就是提升力學(xué)性能的穩(wěn)定性，而復(fù)層的作用就是提升介質(zhì)的耐腐蝕性能。這些材料在石油化工裝置中廣泛應(yīng)用。分析不銹鋼-碳素鋼的符合材料蓋面的焊接工藝，可以避免混淆應(yīng)用導(dǎo)致的性能降低問(wèn)題。因此，文章主要對(duì)其進(jìn)行了研究分析。

【關(guān)鍵詞】不銹鋼復(fù)合材料焊接順序工藝

隨著不銹鋼復(fù)合材料在工程中廣泛應(yīng)用，多數(shù)企業(yè)在進(jìn)行不銹鋼復(fù)合管焊接處理中均是先進(jìn)行復(fù)層焊接，在進(jìn)行過(guò)渡層以及基層的焊接處理。過(guò)渡層進(jìn)行不銹鋼焊材選材，基層則要選擇匹配的碳鋼焊材，基層焊接并沒(méi)有應(yīng)用與過(guò)渡層材料相同的焊材，其稱(chēng)之為C類(lèi)接頭。現(xiàn)階段，兩種焊接工藝以及C類(lèi)焊接工藝共同存在。

1.不銹鋼復(fù)合材料焊接順序工藝探究

焊接試驗(yàn)中應(yīng)用厚度參數(shù)為（18+3）mm的Q345R/316L不銹鋼復(fù)合板，在焊接重要進(jìn)行焊接復(fù)層，在進(jìn)行焊接過(guò)渡層以及基層焊接中進(jìn)行C類(lèi)接頭焊接工藝進(jìn)處理。在進(jìn)行過(guò)渡層焊接中其焊材為E309-16，進(jìn)行基層焊接中主要應(yīng)用的碳鋼焊接材料為E5015。

1.1不銹鋼復(fù)合材料焊接順序工藝分析

復(fù)合材料焊縫焊接坡口以及其工藝可以分為A、B、C三種類(lèi)型。通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行C類(lèi)焊縫焊接處理中，碳鋼焊接不銹鋼過(guò)渡層中存在高硬度的硬化區(qū)，其局部硬度高達(dá)HV2350～400左右，其高于常規(guī)的碳鋼以及不銹鋼的標(biāo)注硬度值。

C類(lèi)焊縫在應(yīng)用沒(méi)有受到硬化層影響出現(xiàn)故障，分析其主要機(jī)理以及規(guī)律對(duì)于焊接接頭焊接來(lái)說(shuō)具有參考性?xún)r(jià)值。

分析B類(lèi)、C類(lèi)焊縫，做好硬化區(qū)焊縫的沖擊韌性實(shí)驗(yàn)分析，進(jìn)行C類(lèi)焊縫側(cè)彎以及背彎?rùn)z測(cè)，進(jìn)行B、C兩類(lèi)焊縫焊接接頭的疲勞性實(shí)驗(yàn)分析。

在焊接前進(jìn)行B、C兩類(lèi)焊縫的試驗(yàn)確定，明確順序、工藝以及參數(shù)、技術(shù)要點(diǎn)，做好焊接過(guò)程各項(xiàng)參數(shù)記錄，便于分析。在焊接中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)C類(lèi)焊縫出現(xiàn)異常性的問(wèn)題。在進(jìn)行過(guò)渡層焊接中鐵水流動(dòng)性良好，并沒(méi)有產(chǎn)生顯著的氣孔、裂紋等缺陷問(wèn)題。在焊接完成之后進(jìn)行表面檢測(cè)分析，并未出現(xiàn)夾渣等缺陷隱患。通過(guò)射線(xiàn)進(jìn)行檢測(cè)無(wú)缺陷之后則可以進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。以321 +Q245R材料復(fù)合板為例B、C類(lèi)焊接順序具體如下：

1.2.焊縫光學(xué)顯微像觀(guān)察與分析

分析B、C兩類(lèi)焊縫的光學(xué)顯微像，對(duì)其進(jìn)行觀(guān)察分析了解規(guī)律特征；利用疲勞試驗(yàn)分析B、C兩類(lèi)焊縫的力學(xué)性能。

1.2.1B類(lèi)焊縫微觀(guān)金相分析

通過(guò)奧氏體不銹鋼焊材進(jìn)行焊接分析，焊縫金相單一。位于焊縫中心位置的組裝結(jié)構(gòu)為奧氏體與鐵素體。在不同層道中焊縫熱輸入具有顯著差異，而在焊縫形成中的相種類(lèi)并沒(méi)有出現(xiàn)顯著的特征變化，硬度也沒(méi)有出現(xiàn)顯著的變化特征。

1.2.C類(lèi)焊縫微觀(guān)金相

第一層一級(jí)級(jí)二層中其焊縫的中心位置主要為奧氏體與鐵素體組織結(jié)構(gòu)。在第三層焊縫的中心線(xiàn)位置的下部組織結(jié)構(gòu)形貌主要為馬氏體、殘余奧氏體以及球狀的珠光體結(jié)構(gòu)。在中心線(xiàn)的核心位置其主要的形貌則屬于少量殘余奧氏體、板條馬氏體結(jié)構(gòu)。

在第四層的焊縫中心位置金相主要就是恭析的鐵素體以及珠光體組織結(jié)構(gòu)。

分析觀(guān)察B類(lèi)焊縫的顯微組織結(jié)構(gòu)均屬于奧氏體以及鐵素體，其焊縫硬度變化并不顯著。C類(lèi)焊縫的地三層焊縫在合金元素的混合作用影響之下提升了馬氏體的整體含量。元素?cái)U(kuò)散中的不均勻特征造成了第三層焊縫內(nèi)部中出現(xiàn)了較為顯著的成分含量性的差異性，其在不同位置中的微觀(guān)顯微組織也具有一定的差異性。

在C類(lèi)焊縫界面的不同位置具有不同特征的形貌，但是其共同點(diǎn)就是均存在馬氏體。多層焊層均屬于典型的不銹鋼或者碳鋼填充形成的組織形貌，只有第三層不是。在焊縫側(cè)面存在奧氏體枝晶，在其融合線(xiàn)位置存在過(guò)渡層，而產(chǎn)生過(guò)渡層主要就是不同元素在相互擴(kuò)散作用之下形成的，在過(guò)渡層中會(huì)存在一些碳化物。

1.3疲勞試驗(yàn)分析

根據(jù)焊接接頭脈動(dòng)疲勞拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行處理，計(jì)算分析在本次試驗(yàn)中其額定疲勞強(qiáng)度的上限，確定為疲勞比為38.73%。在此種條件之下要做好B、C兩類(lèi)焊縫的疲勞試驗(yàn)分析。其中B類(lèi)焊縫通過(guò)48.9萬(wàn)次疲勞循環(huán)出現(xiàn)了焊縫焊趾開(kāi)裂的現(xiàn)象。而C類(lèi)焊縫通過(guò)73.3萬(wàn)次之后才出現(xiàn)此種問(wèn)題。

通過(guò)研究分析，增加60%的疲勞比之后，B、C焊縫要通過(guò)1件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)分析。B類(lèi)32.6萬(wàn)次才出現(xiàn)焊縫焊趾的問(wèn)題；而C類(lèi)焊縫在通過(guò)19.3萬(wàn)次之后才出現(xiàn)母材實(shí)效斷裂的問(wèn)題。完成第一階段的實(shí)驗(yàn)之后觀(guān)察試樣發(fā)現(xiàn)疲勞試件不符合精度標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)此結(jié)論存在離散型問(wèn)題較大。但是也反應(yīng)了在工況條件之下，C類(lèi)焊接接頭可以承受的疲勞荷載能力并不小于B類(lèi)的焊縫。

2.結(jié)論

通過(guò)分析可以確定復(fù)合材料蓋面層屬于填充金屬，在通過(guò)不銹鋼焊條進(jìn)行處理中，其焊縫的金屬一般屬于為奧氏體以及鐵素體；通過(guò)結(jié)構(gòu)鋼焊條進(jìn)行焊接中，焊接金屬則為珠光體以及鐵素體。在過(guò)渡層中的金屬在碳元素以及合金元素的共同影響之下則會(huì)形成馬氏體。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)焊接實(shí)驗(yàn)分析分析在不銹鋼復(fù)合材料在進(jìn)行復(fù)層焊接處理之后分析C類(lèi)接頭的力學(xué)性能以及金相，確定了焊接工藝可行性。通過(guò)理論分析可以確定在實(shí)驗(yàn)室條件中C類(lèi)接頭焊接工藝可行，在工程中應(yīng)用要綜合焊接的參數(shù)信息以及不銹鋼復(fù)合材料基層厚度等參數(shù)合理調(diào)整優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋純民，唐元生，張桂紅， et al.不銹鋼復(fù)合材料焊接順序工藝研究[J].石油化工設(shè)備技術(shù)， 2018， 39（06）：8+62-67.

[2]張桂紅，曾小軍，唐元生.不銹鋼復(fù)合材料焊接工藝探討[J].石油化工設(shè)備技術(shù)， 2018.

[3]王彤.不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接工藝研究[J].科技資訊， 2013（34）：72+74.