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浅谈不锈钢焊接工艺及常见缺陷

发布时间:2019-01-17 15:51所属分类:理工论文浏览:1

摘要:近些年来,抗腐蚀作用较强的不锈钢已成为客车制造及检修中主流原材料。不锈钢由于所含合金元素多,线膨胀系数较高,热导率较低,焊接时热裂纹敏感性大,焊接过程中常产生如晶间腐蚀、热裂纹等缺陷。缺陷产生的原因和防治的方法成为生产中质量控制的关

 摘要:近些年来,抗腐蚀作用较强的不锈钢已成为客车制造及检修中主流原材料。不锈钢由于所含合金元素多,线膨胀系数较高,热导率较低,焊接时热裂纹敏感性大,焊接过程中常产生如晶间腐蚀、热裂纹等缺陷。缺陷产生的原因和防治的方法成为生产中质量控制的关键。不锈钢焊接过程中,合理的焊接工艺是非常重要的,必须考虑备料、装配、焊接各环节对接头质量可能带来的影响。不锈钢焊接的工艺内容,包括焊接方法与焊接材料的选择、焊前准备、焊接参数的确定及焊后处理等。

  关键词:不锈钢,焊接工艺,缺陷

焊接学报

  一、不锈钢焊接常见的缺陷

  不锈钢中以奥氏体不锈钢最为常见,奥氏体不锈钢的塑性和韧性很好,具有良好的焊接性,焊接时一般不需要采用特殊的工艺措施。如果焊接材料选用不当或者焊接工艺不合理时,会使焊接接头产生如下问题。

  1.晶间腐蚀

  受到晶间腐蚀的不锈钢,从表面上看来没有痕迹,但是受到应力时即会沿晶界断裂,几乎完全丧失强度。奥氏体不锈钢在焊接不当时,会在焊缝和热影响区造成晶间腐蚀,有时在焊缝和基本金属的熔合线附近发生如刀刃状的晶间腐蚀,称为刃状腐蚀。这是由于境界附近的铬与碳结合形成晶间贫铬区,贫铬区金属失去抗腐蚀能力而形成的。影响晶间腐蚀的因素包括加热温度和加热时间、钢中含碳量的多少和金相组织的影响。在焊接奥氏体不锈钢时,可采用控制含碳量、添加稳定剂、进行固溶处理和加快冷却速度等方式防止晶间腐蚀。

  2.应力腐蚀

  不锈钢在内应力或外应力作用下,在腐蚀介质中发生的破坏。

  3.焊接热裂纹

  是奥氏体不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷,包括焊缝的纵向和横向裂纹、火口裂纹、打底焊的根部裂纹和多层焊的层间裂纹等,特别是含镍量较高的奥氏体不锈钢更易产生。奥氏体不锈钢产生热裂纹的倾向要比低碳钢大得多,主要原因是:○1奥氏体不锈钢的导热系数大约是低碳钢的一半,而线膨胀系数却大得多,所以焊后在接头中会产生较大的焊接内应力。○2奥氏体不锈钢中的成分如碳、硫、磷、镍等会在熔池中形成低熔点共晶;○3奥氏体不锈钢的液、固相线的距离较大,共晶时间较长,且奥氏体结晶的枝晶方向性强,所以杂志偏析现象比较严重。

  焊接热裂纹的防止措施包括:○1双相组织的焊缝比单相奥氏体组织的焊缝具有较高的抗热裂纹能力。○2在焊接工艺上,采用碱性焊条,用小电流、快速焊、收弧时尽量填满弧坑以及采用氩弧焊打底等。4.焊接接头的脆化奥氏体不锈钢的焊缝在高温(375-875度)加热一段时间以后,常会出现冲击韧性下降的现象,称为脆化。

  二、奥氏体不锈钢的焊接

  奥氏体不锈钢焊接的工艺内容,包括焊接方法与焊接材料的选择、焊前准备、焊接参数的确定及焊后处理等。奥氏体不锈钢所含合金元素多,线膨胀系数较高,热导率较低,焊接时热裂纹敏感性大,容易产生晶间腐蚀等腐蚀现象。焊接时尽量选用与母材成分相近的低碳型焊材,采用小规范焊接。由于奥氏体不锈钢韧性、塑性好,一般不需要焊前预热。

  1.焊接方法的选择

  奥氏体不锈钢具有较好的焊接性,可以采用焊条电弧焊、埋弧焊、惰性气体保护焊和等离子弧焊等焊接方法,并且焊接接头具有相当好的韧性和塑性。对于不锈钢焊工而言,主要接触焊条电弧焊和惰性气体保护焊(TIG、MIG)。

  2.焊接材料的选择

  奥氏体不锈钢焊接材料的选择,应使焊缝金属的合金成分与母材成分基本相同,并尽量降低焊缝金属中的C、S、P等杂质的含量。

  3.焊前准备

  ○1下料方法的选择奥氏体不锈钢中有较高的铬,用一般的氧-乙炔切割有困难,可用机械切割、等离子弧焊切割及碳弧气刨等方法进行下料坡口加工。○2坡口的准备奥氏体不锈钢的线膨胀系数会加剧接头的变形,应适当减小V形坡口的角度。当板厚大于10mm时,应尽量选用焊缝截面较小的U形坡口。○3焊前清理为了保证焊接质量,焊前应将坡口两侧20~30mm范围内的焊件表面清理干净,如有油污,可用丙酮或酒精等擦拭。○4表面防护在搬运、坡口制备、装配及定位焊过程中,应尽量损伤刚才表面。比如不允许用利器划伤钢板表面,不允许随意到处引弧等。

  4.焊接工艺

  焊接奥氏体不锈钢时,应控制焊接热输入量和层间温度,以防止热影响区晶粒长大及碳化物析出。下面分别对手工电弧焊和氩弧焊焊接参数加以说明。

  ○1焊条电弧焊奥氏体不锈钢技师选用酸性焊条,最好也采用直流反接,焊件是负极,温度低、受热少,而且直流电源稳定,有利于保证焊缝质量。焊接过程中,焊条最好不进行横向摆动。采用小电流、快速焊、不摆动,一次焊成的焊缝不宜过宽,最好不超过焊条直径的3倍。

  多层焊时,每焊完一层要彻底清除熔渣,并控制层间温度,等到前层焊缝冷却倒60度以下后在焊接下一层。由于奥氏体不锈钢的电阻较大,焊接时产生的电阻热较大,所以同样直径的焊条焊接电流值应比低碳钢焊条降低20%左右,不然在焊接时会由于药皮的迅速发红失去保护而无法焊接。

  2氩弧焊

  氩弧焊目前已普遍用于不锈钢的焊接,它与手工电弧焊比较有下列优点:氩气保护效果好;氩弧温度高,热量集中,氩气流有冷却作用,焊缝热影响区小;焊缝强度高,耐腐蚀性好,焊缝变形小,因此焊缝的质量比手工电弧焊高。此外,氩弧焊在焊接时无熔渣,不需清渣,焊后无夹渣缺陷,氩弧焊生产率高,易于自动化。

  目前氩弧焊应用较广的是手工钨极氩弧焊(TIG),用于焊接0.5~3mm薄板的焊接。焊接时速度应适当地快些,这样可以减少焊件变形和焊缝中的气孔,但过快会造成焊缝的不均匀和未焊透等缺陷。焊接时应尽量避免摆动。钨极氩弧焊一般采用直流正接,这样可以防止因电极过热而造成焊缝中的渗钨现象。

  对于厚度大于3mm的不锈钢,可采用熔化极氩弧焊(MIG)。熔化极氩弧焊的优点是生产率高,焊缝的热影响区小,焊件的变形小和耐腐蚀性好,并易于自动化。熔化极氩弧焊一般采用直流反接法,为了获得稳定的喷射过渡形式,要求电流大于临界电流值。

  为增加奥氏体不锈钢的耐腐蚀性,焊后对其进行表面处理,处理方法包括表面抛光、酸洗和钝化处理等。奥氏体不锈钢一般都具有耐蚀性要求,所以焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验外,还要进行耐蚀性实验。

  三、结论

  通过采取上述焊接方法,可使我公司在日后的不锈钢焊接产品生产中创造了良好条件。

  参考文献

  1、《我国制造业焊接生产现状与发展战略研究》林尚扬关桥

  2、《焊接技术》叶琦(2005年2月)

  3、《焊工工艺学》(1987年5月)劳动人事就业局

  4、《焊接技术与焊接工艺问答》(2006年12月)王大志

  5、《焊接基础》牛济泰王式正(1989年)

  相关期刊推荐:《焊接学报》(月刊)1980年创刊,是由中国机械工程学会主办、哈尔滨焊接研究所承办的学术期刊。主要刊载焊接科技领域具有国际水平或国内先进水平的优秀学术论文。自创刊以来,刊期由最初的季刊发展为现在的月刊,成为在国内外具有一定影响的一级学术刊物。

  

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