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        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

        2017-12-16 10:57:53鄧文廣
        魅力中國 2017年48期
        關(guān)鍵詞:焊接工藝碳鋼不銹鋼

        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(qiáng)度低,韌性、塑性和焊接性均好??估瓘?qiáng)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(kuò)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(kuò)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)??茖W(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):

        [1]閆君.焊接工藝對不銹鋼焊接變強(qiáng)化性能的影響[M].北京, 2010

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

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