不銹鋼復合材料焊接順序工藝探究

臧春田

【摘要】不銹鋼復合材料是通過具有一定厚度的碳鋼或者合金鋼集成、較薄的不銹鋼復層構成，基層主要的作用就是提升力學性能的穩定性，而復層的作用就是提升介質的耐腐蝕性能。這些材料在石油化工裝置中廣泛應用。分析不銹鋼-碳素鋼的符合材料蓋面的焊接工藝，可以避免混淆應用導致的性能降低問題。因此，文章主要對其進行了研究分析。

【關鍵詞】不銹鋼復合材料焊接順序工藝

隨著不銹鋼復合材料在工程中廣泛應用，多數企業在進行不銹鋼復合管焊接處理中均是先進行復層焊接，在進行過渡層以及基層的焊接處理。過渡層進行不銹鋼焊材選材，基層則要選擇匹配的碳鋼焊材，基層焊接并沒有應用與過渡層材料相同的焊材，其稱之為C類接頭。現階段，兩種焊接工藝以及C類焊接工藝共同存在。

1.不銹鋼復合材料焊接順序工藝探究

焊接試驗中應用厚度參數為（18+3）mm的Q345R/316L不銹鋼復合板，在焊接重要進行焊接復層，在進行焊接過渡層以及基層焊接中進行C類接頭焊接工藝進處理。在進行過渡層焊接中其焊材為E309-16，進行基層焊接中主要應用的碳鋼焊接材料為E5015。

1.1不銹鋼復合材料焊接順序工藝分析

復合材料焊縫焊接坡口以及其工藝可以分為A、B、C三種類型。通過力學性能試驗可以發現在進行C類焊縫焊接處理中，碳鋼焊接不銹鋼過渡層中存在高硬度的硬化區，其局部硬度高達HV2350～400左右，其高于常規的碳鋼以及不銹鋼的標注硬度值。

C類焊縫在應用沒有受到硬化層影響出現故障，分析其主要機理以及規律對于焊接接頭焊接來說具有參考性價值。

分析B類、C類焊縫，做好硬化區焊縫的沖擊韌性實驗分析，進行C類焊縫側彎以及背彎檢測，進行B、C兩類焊縫焊接接頭的疲勞性實驗分析。

在焊接前進行B、C兩類焊縫的試驗確定，明確順序、工藝以及參數、技術要點，做好焊接過程各項參數記錄，便于分析。在焊接中并沒有發現C類焊縫出現異常性的問題。在進行過渡層焊接中鐵水流動性良好，并沒有產生顯著的氣孔、裂紋等缺陷問題。在焊接完成之后進行表面檢測分析，并未出現夾渣等缺陷隱患。通過射線進行檢測無缺陷之后則可以進行相關試驗。以321 +Q245R材料復合板為例B、C類焊接順序具體如下：

1.2.焊縫光學顯微像觀察與分析

分析B、C兩類焊縫的光學顯微像，對其進行觀察分析了解規律特征；利用疲勞試驗分析B、C兩類焊縫的力學性能。

1.2.1B類焊縫微觀金相分析

通過奧氏體不銹鋼焊材進行焊接分析，焊縫金相單一。位于焊縫中心位置的組裝結構為奧氏體與鐵素體。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并沒有出現顯著的特征變化，硬度也沒有出現顯著的變化特征。

1.2.C類焊縫微觀金相

第一層一級級二層中其焊縫的中心位置主要為奧氏體與鐵素體組織結構。在第三層焊縫的中心線位置的下部組織結構形貌主要為馬氏體、殘余奧氏體以及球狀的珠光體結構。在中心線的核心位置其主要的形貌則屬于少量殘余奧氏體、板條馬氏體結構。

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構。

分析觀察B類焊縫的顯微組織結構均屬于奧氏體以及鐵素體，其焊縫硬度變化并不顯著。C類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。元素擴散中的不均勻特征造成了第三層焊縫內部中出現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顯微組織也具有一定的差異性。

在C類焊縫界面的不同位置具有不同特征的形貌，但是其共同點就是均存在馬氏體。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。在焊縫側面存在奧氏體枝晶，在其融合線位置存在過渡層，而產生過渡層主要就是不同元素在相互擴散作用之下形成的，在過渡層中會存在一些碳化物。

1.3疲勞試驗分析

根據焊接接頭脈動疲勞拉伸試驗標準要求進行處理，計算分析在本次試驗中其額定疲勞強度的上限，確定為疲勞比為38.73%。在此種條件之下要做好B、C兩類焊縫的疲勞試驗分析。其中B類焊縫通過48.9萬次疲勞循環出現了焊縫焊趾開裂的現象。而C類焊縫通過73.3萬次之后才出現此種問題。

通過研究分析，增加60%的疲勞比之后，B、C焊縫要通過1件進行疲勞試驗分析。B類32.6萬次才出現焊縫焊趾的問題；而C類焊縫在通過19.3萬次之后才出現母材實效斷裂的問題。完成第一階段的實驗之后觀察試樣發現疲勞試件不符合精度標準，出現此結論存在離散型問題較大。但是也反應了在工況條件之下，C類焊接接頭可以承受的疲勞荷載能力并不小于B類的焊縫。

2.結論

通過分析可以確定復合材料蓋面層屬于填充金屬，在通過不銹鋼焊條進行處理中，其焊縫的金屬一般屬于為奧氏體以及鐵素體；通過結構鋼焊條進行焊接中，焊接金屬則為珠光體以及鐵素體。在過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形成馬氏體。

結束語：

通過焊接實驗分析分析在不銹鋼復合材料在進行復層焊接處理之后分析C類接頭的力學性能以及金相，確定了焊接工藝可行性。通過理論分析可以確定在實驗室條件中C類接頭焊接工藝可行，在工程中應用要綜合焊接的參數信息以及不銹鋼復合材料基層厚度等參數合理調整優化。

參考文獻：

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