不銹鋼/碳鋼層狀金屬材料焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀

劉勇+史媛媛+劉傳樂

【摘要】 本文簡單對焊接過程中的難點和主要問題進行了分析，以此為基礎(chǔ)，詳細的分析了我國目前在不銹鋼/碳鋼層狀金屬焊接技術(shù)上研究的現(xiàn)狀，對具體的焊接方式、焊接之后的工藝、焊接縫隙的力學性能和組織、焊接過渡層及耐腐蝕性進行了重點研究，并對該焊接技術(shù)的未來發(fā)展趨向進行了分析。希望本文能夠?qū)ο嚓P(guān)人員的研究工作提供些許參考價值。

【關(guān)鍵詞】 不銹鋼/碳鋼層狀金屬材料 焊接技術(shù) 工藝

現(xiàn)階段我國科學技術(shù)的高速發(fā)展，使得既具有基層金屬材料剛度和強度，又具有復層金屬材料耐腐蝕性、耐熱性、耐磨損性能的層狀金屬材料得到了較大范圍的應用。和純不銹鋼板材料相比，不銹鋼復合板能夠降低成本、節(jié)約珍貴稀有的材料，所以這種不銹鋼復合板在當今時代具有很大的市場優(yōu)勢和價格優(yōu)勢，已經(jīng)大量的應用在船舶、電力、機械、化工等領(lǐng)域。但若想進一步促進這種不銹鋼復合板的廣泛應用，焊接技術(shù)就成為了最重要的一種連接工藝，也愈發(fā)受到社會各方面的重視。

一、焊接過程中的難點和應關(guān)注的問題

不銹鋼或者碳鋼在物理性能上的差別是焊接復合板時最應該考慮的因素，其次也要關(guān)注這兩種材料的焊接性能。在表1中可以清楚的看到，碳鋼的線膨脹系數(shù)大約為不銹鋼的一半，但是熱導率卻大約是碳鋼的3倍。在所有鋼材中，碳鋼是焊接性能最優(yōu)秀的一種焊接材料，通常來說不銹鋼也非常容易進行焊接，然而由于不銹鋼自身的特點，在焊接接頭非常容易產(chǎn)生大量的殘余應力。在不銹鋼進行熔焊的過程中，因為其中過熱碳化物的溶解，在焊接的接頭會產(chǎn)生熱裂紋。

在不銹鋼復合板的焊接過程中應該注意下面這些問題：一是對基層材料進行焊接時，應避免由Cr、Ni等合金含量的升高所導致的基層焊接縫隙中發(fā)生裂紋進而影響焊接之后的強度的現(xiàn)象；二是對復層材料進行焊接時，要避免發(fā)生增碳現(xiàn)象，防止其耐腐蝕性能受到影響，所以應該采取特殊的焊接方式；三是過渡層的焊接，也是最重要的焊接工藝。

二、目前不銹鋼/碳鋼層狀金屬在焊接技術(shù)上的現(xiàn)狀

1、選擇合適的焊接方式。針對手工電弧焊具有的局限性，部分學者采用了埋弧焊對基層進行焊接，對復層和過渡層均采取藥芯焊絲融化級氣體保護焊，并通過實踐證明，這種焊接方式達到了使用的要求。而基于雙相復合板焊接過程中面臨的工藝參數(shù)問題，相關(guān)人員對不同焊接工藝的參數(shù)進行了分析比較，并通過完整的數(shù)學模型及復制技術(shù)對其進行了多元回歸法發(fā)展，最終得到了滿足的參數(shù)。總而言之，針對復合板的復層及過渡層焊接過程中容易發(fā)生的冷熱裂紋、淬硬傾向、耐腐蝕性降低等現(xiàn)象，在焊接的方式和材料處著手，利用合理、科學的焊接工藝，才能夠獲得優(yōu)秀的焊接的效果。

2、焊接之后的工藝研究。部分學者根據(jù)焊接之后產(chǎn)生的裂紋、氫含量過高、殘余應力過大、耐腐蝕性降低等現(xiàn)象，對焊后的工藝處理進行了研究。首先針對焊后生成冷裂紋的現(xiàn)象，采取了焊前預熱和焊后熱處理等工藝。焊前預熱能夠顯著降低淬硬程度，但是溫度要適宜，在焊接過程中還需要對層間溫度進行控制；而焊后的熱處理工藝是為了降低氫含量，同時降低殘余應力，進而保證焊后材料優(yōu)異的性能和組織。而為了進一步提升耐腐蝕性，相關(guān)學者對焊接縫隙復層表面采取酸洗鈍化的工藝進行改善，但是由于這種工藝有殘留和滲氫的負面影響，為了避免這種影響，提出了運用拋珠的方式來改善層狀金屬的耐腐蝕性，并取得了良好的效果。

3、研究焊接過渡層。過渡層的焊接是不銹鋼復合板焊接過程的難點，在此過程中，需要盡可能的讓過渡層變薄，降低基層和復層的擴散速度。通過實驗分析得出，可以采用以下措施解決過渡層的問題：一是利用階梯V形坡口；二是嚴格遵守焊接工藝，采用小電流快速焊對過渡層進行焊接，對復層同樣采取小輸入；三是選擇富含Cr、Ni的焊接材料進行焊接，以期控制過渡層的焊接質(zhì)量，保證焊后強度。

4、研究焊接后的耐腐蝕性。復合板焊接之后在確保接頭強度的前提下，還要保證復合板的使用性能，即耐腐蝕性。通關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，焊縫區(qū)在不同的溶液中均具備很好的耐點腐蝕性能，并通過對其化學成分和組織的分析得出，在焊接接頭處，合金元素的分布不均勻，稀釋率比較大，在滲碳作用的影響下，焊接接頭的晶間腐蝕敏感性會增加，組織分布不均勻，晶粒粗大，很容易加速基體的腐蝕速度。

結(jié)論：通過上文的分析可以清楚的看到：第一對不銹鋼/碳鋼層狀金屬進行焊接時，基層焊接方式一般采用氬弧焊、CO2氣體保護焊、埋弧焊、焊條電弧焊等焊接方式，而復層和過渡層的焊接方式則大多采用焊條電弧焊或者氬弧焊，一減小融合比；第二在焊接材料的選擇上，基層材料通常依據(jù)等強原則進行選擇，復層材料通常按性能選擇，過渡層材料通常選用Cr、Ni含量高的焊材。

參 考 文 獻

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