盧文靜

摘 要：不銹鋼產(chǎn)業(yè)作為第二產(chǎn)業(yè)中的重要部分，是關(guān)系一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)命脈的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，并且關(guān)系著我國(guó)的工業(yè)制造業(yè)、建筑行業(yè)、機(jī)器生產(chǎn)等多個(gè)行業(yè)的發(fā)展。我國(guó)作為一個(gè)發(fā)展中大國(guó)，第二產(chǎn)業(yè)占據(jù)著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要位置，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與建設(shè)過(guò)程中對(duì)不銹鋼及其復(fù)合材料的需求量很大。相比于傳統(tǒng)的不銹鋼材料來(lái)說(shuō)，不銹鋼復(fù)合材料的成本較低，耐蝕性能良好，因此廣受人們的青睞。本文通過(guò)利用兩種不同的焊接順序，對(duì)不銹鋼復(fù)合管焊接接頭的組織性能進(jìn)行一定的討論分析，以期為讀者提供一定的理論性參考。

關(guān)鍵詞：不銹鋼;焊接接頭;焊接順序

中圖分類號(hào)：TE973.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）09-0126-02

0 引言

不銹鋼材質(zhì)因其堅(jiān)固耐用不易碎，良好的保溫性能和較高的耐腐蝕、耐高溫性、抗高溫氧化性而在近代得到了大范圍的生產(chǎn)與普及應(yīng)用，對(duì)當(dāng)前的機(jī)器生產(chǎn)制造業(yè)、汽車行業(yè)、建筑以及航海制造業(yè)都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是不銹鋼材料也存在許多不足之處，例如制作成本較高，并且還不耐堿性介質(zhì)的腐蝕，容易產(chǎn)生重皮、夾雜、邊浪、裂變、孔洞等現(xiàn)象。

而不銹鋼復(fù)合材料能夠有效地改善上述問(wèn)題，逐漸得到了市場(chǎng)的認(rèn)可與使用。不銹鋼復(fù)合管于2002年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18704-2002正式頒布，是用兩種金素材料——不銹鋼和碳素，經(jīng)由無(wú)損壓力操作同步復(fù)合成的新型材料。相較于傳統(tǒng)的不銹鋼管，不銹鋼復(fù)合管雖然材質(zhì)為鐵管，但是管身外面包裹著一層不銹鋼層，相比于傳統(tǒng)的不銹鋼管來(lái)說(shuō)更加堅(jiān)固，并且管材較輕，承重能力和抗沖擊性都更強(qiáng)，在管口具有良好封閉的情況下，可以實(shí)現(xiàn)擁有與純不銹鋼一樣的防銹期限。

因此相對(duì)于防銹性能相對(duì)較好的不銹鋼管來(lái)說(shuō)，不銹鋼復(fù)合管對(duì)焊接的封閉性技術(shù)要求更高，只有選擇良好的焊接技術(shù)保障不銹鋼復(fù)合管口保持良好的封閉性，才能使不銹鋼復(fù)合管在保持自身良好的承重能力和抗沖擊性之外，獲得與不銹鋼管材料同樣的防銹期限。提高不銹鋼管焊接技術(shù)，既有利于降低生產(chǎn)成本，又同時(shí)能保障不銹鋼復(fù)合管堅(jiān)固性、承重性與耐腐蝕性兼具。這就要求我們進(jìn)一步提高當(dāng)前的焊接技術(shù)，通過(guò)良好的焊接技術(shù)彌補(bǔ)不銹鋼復(fù)合管的缺失與不足。當(dāng)前我國(guó)對(duì)不銹鋼復(fù)合管焊接技術(shù)的研究仍然存在許多不足之處，我國(guó)當(dāng)前的焊接技術(shù)存在經(jīng)驗(yàn)性積累的問(wèn)題，缺乏科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C與探討。在通常情況下，施工工人在對(duì)不銹鋼復(fù)合管道進(jìn)行施工建設(shè)時(shí)，往往會(huì)采取多種焊接順序和方法，加上電焊工人的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)能力素質(zhì)與個(gè)人偏好的不同，導(dǎo)致不銹鋼復(fù)合管道最終的焊接性能與使用效果、使用年限也不盡相同，這十分不利于我國(guó)建設(shè)行業(yè)的發(fā)展，甚至?xí)a(chǎn)生大量本不該產(chǎn)生的原材料的浪費(fèi)與維護(hù)費(fèi)用。

基于上述我國(guó)當(dāng)前不銹鋼復(fù)合管焊接技術(shù)存在的不足之處，為比較各種焊接方式的優(yōu)劣，探索最為合適的焊接技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展與提高，本文采用了兩種不同的焊接順序?qū)Σ讳P鋼復(fù)合管材料進(jìn)行焊接，并分別進(jìn)行兩種焊接方式的性能測(cè)試，通過(guò)拉伸和彎曲試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、硬度值測(cè)定、金相組織觀察、疲勞試驗(yàn)等試驗(yàn)步驟，判斷兩種不同的焊接順序下，不銹鋼復(fù)合管的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，希望通過(guò)此次試驗(yàn)?zāi)転樾袠I(yè)同仁提供數(shù)據(jù)支持，為行業(yè)發(fā)展建言獻(xiàn)策。以下為試驗(yàn)的具體步驟，具體思路為首先介紹兩種焊接順序的具體操縱方法，然后分別展現(xiàn)不同焊接順序下不銹鋼復(fù)合管焊接接頭的性能數(shù)據(jù)。

1 第一種焊接順序?qū)Σ讳P鋼復(fù)合管焊接接頭性能的影響

（1）第一種焊接順序的具體操作手法。技術(shù)人員在采用第一種焊接順序的方法時(shí)，應(yīng)當(dāng)預(yù)先采用E4315的焊條焊接基層，隨后選用焊接過(guò)渡層時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)選擇E309-16的型號(hào)，最后采用型號(hào)為E347-16的焊接復(fù)層。（2）第一種焊接順序下的拉伸試驗(yàn)。當(dāng)技術(shù)人員采用該種焊接順序?qū)Σ讳P鋼復(fù)合管焊接接頭進(jìn)行性能分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)2個(gè)試樣在進(jìn)行拉伸過(guò)程中，均在母材靠近熱影響區(qū)的部分發(fā)生塑斷，并且經(jīng)過(guò)測(cè)試，該試樣的抗拉強(qiáng)度均符合國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求。（3）第一種焊接順序下的彎曲試驗(yàn)。假設(shè)a為試樣的實(shí)際厚度，當(dāng)技術(shù)人員將不銹鋼復(fù)合管的焊接接頭按4a的彎曲半徑進(jìn)行彎曲試驗(yàn)（試樣的彎曲角度為180°）時(shí)，發(fā)現(xiàn)碳鋼焊接區(qū)與不銹鋼焊層的熔合效果較為良好，但部分試樣在試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)了裂紋，且其實(shí)際長(zhǎng)度小于15mm。經(jīng)過(guò)研究人員的實(shí)際分析，該現(xiàn)象是因?yàn)樵嚇又写嬖诤附託饪兹毕?。同時(shí)，在碳鋼焊接區(qū)與不銹鋼焊層的結(jié)合處出現(xiàn)了一定的鼓包現(xiàn)象，并且這些鼓包的彎曲程度并不相同。其總面積處在4mm2～6mm2之間，研究人員認(rèn)為，該部分產(chǎn)生了一定含量的低碳馬氏體，而低碳馬氏體本身具有“自回火”的特性，致使該部位的硬度值在實(shí)際檢測(cè)中大于接頭中其他部位的硬度值，并且呈現(xiàn)出較為良好的韌性[1]。（4）第一種焊接順序下的沖擊試驗(yàn)。在進(jìn)行該環(huán)節(jié)的試驗(yàn)時(shí)，技術(shù)人員需要在不銹鋼基層側(cè)焊縫金屬中取一定體積的V型缺口沖擊試樣，當(dāng)沖擊試驗(yàn)完成后，技術(shù)人員經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)在常溫下，試樣的最小KV2值為88J左右，試樣KV2的平均值在141J左右。（5）第一種焊接順序下的硬度值檢測(cè)。當(dāng)技術(shù)人員在焊縫截面的基層側(cè)、過(guò)渡層側(cè)以及兩者的結(jié)合部位進(jìn)行硬度值檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)與側(cè)彎試驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果相同，基層側(cè)與過(guò)渡層側(cè)兩者結(jié)合部位的最大硬度值大約為192HV2。（6）第一種焊接順序下的金相組織觀察。當(dāng)技術(shù)人員將E309-16型號(hào)的焊縫與E4315型號(hào)的焊縫結(jié)合區(qū)試樣進(jìn)行金相組織觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)不銹鋼焊層的該組織中含有少量，馬氏體、少量鐵素體以及奧氏體[2]。

2 第二種焊接順序?qū)Σ讳P鋼復(fù)合管焊接接頭性能的影響

（1）第二種焊接順序的具體操作手法。在利用第二種焊接順序?qū)Σ讳P鋼復(fù)合管焊接接頭的性能進(jìn)行研究時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)選用型號(hào)為E4315的焊條與型號(hào)為ER309的過(guò)渡層進(jìn)行相關(guān)操作。在焊接過(guò)程結(jié)束后，技術(shù)人員觀察焊縫表面時(shí)發(fā)現(xiàn)無(wú)明顯的氣孔與裂紋，且無(wú)未熔合的缺陷產(chǎn)生。焊縫成型的狀態(tài)十分良好。（2）第二種焊接順序下的拉伸試驗(yàn)。當(dāng)研究人員觀察拉伸試樣后發(fā)現(xiàn)，不銹鋼復(fù)合管試樣的熱影響區(qū)呈現(xiàn)塑性斷裂的現(xiàn)象，且其母材、焊縫與熔合區(qū)等均出現(xiàn)相對(duì)清晰的形貌。同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，不銹鋼焊層與焊縫碳鋼焊層的過(guò)渡區(qū)出現(xiàn)了少許的鼓包。其直徑經(jīng)過(guò)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)約為20mm2～30mm2[3]。（3）第二種焊接順序下的彎曲試驗(yàn)。在彎曲試驗(yàn)完成后，研究人員通過(guò)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，與大部分碳鋼焊層側(cè)的熔合情況相比，不銹鋼焊層側(cè)的焊接熔合狀況相對(duì)較好，并且碳鋼焊層側(cè)與不銹鋼熔合區(qū)無(wú)明顯的彎曲裂紋現(xiàn)象，其熔合狀況相對(duì)較好。但是值得注意的是，所有的彎曲試樣在碳鋼焊層與不銹鋼焊層的結(jié)合之處都產(chǎn)生了表面積為20mm2左右的彎曲鼓包，研究人員通過(guò)分析認(rèn)為，該區(qū)域處產(chǎn)生了一定含量的高碳馬氏體組織，因此當(dāng)進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時(shí)，高碳馬氏體組織的延伸率與周圍金屬的延伸率有所不同，致使彎曲鼓包生成。（4）第二種焊接順序下的沖擊試驗(yàn)。在進(jìn)行第二種焊接順序下的沖擊試驗(yàn)時(shí)，技術(shù)人員需要在不銹鋼的熱影響區(qū)與基層側(cè)焊縫金屬中取一定體積的V型缺口沖擊試樣，隨后進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)常溫下焊縫取的KV2值平均為56J，明顯小于第一種焊接順序下的KV2值，研究人員經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為這是由于焊縫的局部產(chǎn)生了一定的高碳馬氏體，因此導(dǎo)致了上述現(xiàn)象。（5）第二種焊接順序下的硬度值檢測(cè)。在沖擊試驗(yàn)后，研究人員進(jìn)行了第二種焊接順序下不銹鋼復(fù)合管焊接接頭硬度值的檢測(cè)，研究人員發(fā)現(xiàn)母材、熔合區(qū)與焊縫等區(qū)域未出現(xiàn)明顯的裂紋，并且上述區(qū)域的熔合較為良好。但是當(dāng)利用碳鋼焊條在不銹鋼上焊接時(shí)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)該部分的熔合區(qū)出現(xiàn)了一定范圍的“白色區(qū)域”。研究人員經(jīng)過(guò)檢測(cè)該部分的硬度值發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際數(shù)值遠(yuǎn)大于不銹鋼基層的其他部位，研究人員分析認(rèn)為原因是因?yàn)榈谌?、四層的焊縫均產(chǎn)生了一定的高碳馬氏體，使得該區(qū)域的焊縫硬度明顯提高。（6）第二種焊接順序下的金相組織觀察。研究人員將經(jīng)過(guò)第二種焊接順序的試樣腐蝕后投入硬度值的檢測(cè)，然后發(fā)現(xiàn)，試樣基層與復(fù)層之間的界限相對(duì)比較明晰，但是不銹鋼焊層與碳鋼焊層的過(guò)渡區(qū)域之間的組織較為復(fù)雜[4]。（7）第二種焊接順序下的疲勞試驗(yàn)。根據(jù)國(guó)家部門(mén)新頒布的相應(yīng)的操作標(biāo)準(zhǔn)，本次試驗(yàn)的技術(shù)人員對(duì)不銹鋼焊接接頭進(jìn)行了一定程度的脈動(dòng)拉伸疲勞試驗(yàn)，規(guī)定試驗(yàn)時(shí)使用的試驗(yàn)頻率為10Hz，應(yīng)力比R為0，其應(yīng)用處理的范圍處于0kN～150kN之間且最大的應(yīng)力值經(jīng)檢測(cè)為353MPa，約占抗拉輕度的73%。通過(guò)對(duì)比不同的疲勞試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，第二種順序下焊縫的疲勞強(qiáng)度在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中展現(xiàn)出較高的抗疲勞性能。（8）第二種焊接順序下對(duì)于不銹鋼復(fù)合管焊接接頭其他性能測(cè)試的研究工作[5]。1）硬化層的沖擊試驗(yàn)。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)在不銹鋼復(fù)合管焊接接頭的硬化層取適當(dāng)體積的小沖擊試樣，并且需要進(jìn)一步考慮該硬化層對(duì)于試樣沖擊韌性的實(shí)際影響。2）硬化層的彎曲試驗(yàn)。技術(shù)人員在實(shí)際開(kāi)始試驗(yàn)前，需要將試板進(jìn)行一定的加工，使得硬化層處于彎曲試樣的表面，為了觀察硬化層是否會(huì)產(chǎn)生一定的裂紋，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行背彎或是面彎試驗(yàn)。3）硬化層的斷裂韌性試驗(yàn)或是疲勞試驗(yàn)。在進(jìn)行斷裂韌性試驗(yàn)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)其CTOD特征值進(jìn)行精確的測(cè)定，要注意在測(cè)定過(guò)程中觀察其是否會(huì)發(fā)生一定的脆性斷裂。同時(shí)，技術(shù)人員也可以在試件上預(yù)制一個(gè)尺寸大小合適的缺口充當(dāng)裂紋源，并且將尖端口放置于硬化層處，以便觀察疲勞裂紋的擴(kuò)張情況。4）持續(xù)跟進(jìn)第二種焊接順序下的焊縫。當(dāng)處于第二種焊接順序下的焊縫在進(jìn)行相關(guān)性能的測(cè)定時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)每隔一段時(shí)間截取試件的一部分，觀察在該焊接順序下的焊縫在實(shí)際運(yùn)行周期內(nèi)甚至多個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)發(fā)生的相應(yīng)的變化并做好實(shí)時(shí)記錄[5]并妥善保管好，避免實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的丟失。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以不銹鋼復(fù)合管焊接接頭為基本的討論對(duì)象，利用兩種不同的焊接順序?qū)ζ浜附有阅苓M(jìn)行了相關(guān)的探討，并對(duì)該試樣進(jìn)行了金相組織分析與焊縫的理化性能的分析，根據(jù)實(shí)際結(jié)果來(lái)看，當(dāng)利用碳鋼焊材在對(duì)不銹鋼進(jìn)行施焊操作時(shí)，每月有在焊縫組織上發(fā)現(xiàn)明顯的裂縫。但當(dāng)利用碳鋼焊材在不銹鋼焊層上的焊接區(qū)域出現(xiàn)了一定含量的高碳馬氏體硬化組織，這將在一定程度上影響焊縫的具體使用過(guò)程。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡永平.奧氏體不銹鋼復(fù)合管對(duì)接接頭的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究[J].化工管理，2020（11）：140-141.

[2] 宋純民，唐元生，張桂紅，等.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（6）：54-59+8.

[3] 朱池，徐進(jìn)安.254SMO超級(jí)不銹鋼焊接工藝試驗(yàn)研究及應(yīng)用[J].中國(guó)修船，2019（4）：1-5.

[4] 趙喜平，唐元生，張桂紅，等.不同焊接順序?qū)Σ讳P鋼復(fù)合管焊接接頭性能影響[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2019（6）：22-27+7.

[5] 關(guān)旭東.焊接工藝對(duì)不銹鋼焊接變形的影響分析[J].科技與創(chuàng)新，2018（3）：79-80.