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)致的性能降低問題。因此，文章主要對其進行了研究分析。

【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)在進行不銹鋼復(fù)合管焊接處理中均是先進行復(fù)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(yīng)用與過渡層材料相同的焊材，其稱之為C類接頭?，F(xiàn)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(fù)合材料焊接順序工藝探究

焊接試驗中應(yīng)用厚度參數(shù)為（18+3）mm的Q345R/316L不銹鋼復(fù)合板，在焊接重要進行焊接復(fù)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(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三種類型。通過力學(xué)性能試驗可以發(fā)現(xiàn)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(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類焊縫在應(yīng)用沒有受到硬化層影響出現(xiàn)故障，分析其主要機理以及規(guī)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(qū)焊縫的沖擊韌性實驗分析，進行C類焊縫側(cè)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(shù)、技術(shù)要點，做好焊接過程各項參數(shù)記錄，便于分析。在焊接中并沒有發(fā)現(xiàn)C類焊縫出現(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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(guān)試驗。以321 +Q245R材料復(fù)合板為例B、C類焊接順序具體如下：

1.2.焊縫光學(xué)顯微像觀察與分析

分析B、C兩類焊縫的光學(xué)顯微像，對其進行觀察分析了解規(guī)律特征；利用疲勞試驗分析B、C兩類焊縫的力學(xué)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(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并沒有出現(xiàn)顯著的特征變化，硬度也沒有出現(xiàn)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(jié)構(gòu)。在第三層焊縫的中心線位置的下部組織結(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)。

分析觀察B類焊縫的顯微組織結(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(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(cè)面存在奧氏體枝晶，在其融合線位置存在過渡層，而產(chǎn)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(jù)焊接接頭脈動疲勞拉伸試驗標(biāo)準(zhǔn)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(huán)出現(xiàn)了焊縫焊趾開裂的現(xiàn)象。而C類焊縫通過73.3萬次之后才出現(xiàn)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(xiàn)焊縫焊趾的問題；而C類焊縫在通過19.3萬次之后才出現(xiàn)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(fā)現(xiàn)疲勞試件不符合精度標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)此結(jié)論存在離散型問題較大。但是也反應(yīng)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(jié)論

通過分析可以確定復(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)束語：

通過焊接實驗分析分析在不銹鋼復(fù)合材料在進行復(fù)層焊接處理之后分析C類接頭的力學(xué)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(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：

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