316L不銹鋼應用于大型結構件的研究

何莎

摘要：316L焊接性能、結構性能優(yōu)良，應用廣泛，在制作大型結構件時，不但要保持一定的剛性和強度，又要取得良好的外觀和質量，在焊接過程中會產出許多不確定因素，如鋼板的彎折對接，結構不對稱，焊縫布置多且長，對于薄板而言變形尤為明顯。為了使不銹鋼焊接變形得到控制，研究了一系列控制變形的措施，使不銹鋼焊接既美觀又牢固。

關鍵詞：焊接變形;不銹鋼;工藝參數(shù);過程控制

0? 引言

316L具有良好的焊接性能，可采用多種焊接方法進行焊接。抗拉強度485MPa，屈服強度170MPa，伸長率30%，主要用于設備、管道、框架結構件等，但316L薄板（4～6mm）用于大型殼體結構件時，由于尺寸龐大容易產生焊接變形、外觀表面缺陷等問題。為避免這種情況，采取措施是必須的，焊接工藝必須進行技術創(chuàng)新和變革。通過分析焊接變形的原因，制定一系列控制焊接變形的措施，以得到較好的焊接質量。

1? 不銹鋼框架件焊接過程產生變形的原因

1.1 焊縫尺寸大小及數(shù)量

由于大型殼體結構件多數(shù)是要拆分成多塊板料拼接而成，焊縫數(shù)量較多，由于縱向撓曲變形和總收縮應力具有密切聯(lián)系，因而焊縫的尺寸面積大小與撓曲變形具有一定關聯(lián)，具體來說就是整體縱向收縮應力和縱向上的撓曲變形具有一定的函數(shù)關系。由具體的公式得知，縱向的撓曲變形和總縱向收縮應力之間以及焊縫金屬的斷面面積成正比關系。

1.2 焊接熱輸入

316L不銹鋼的導熱性差，焊接熱輸入對變形的影響尤為明顯，焊接時由于溫度升高，材料的屈服應力極限會驟然下降，在彈性熱應力超過屈服極限時就會形成熱壓縮。在材料冷卻時，焊縫區(qū)受到周圍環(huán)境區(qū)域不同的溫度場影響后會產生不均勻收縮，從而導致變形。

2? 研究焊接工藝參數(shù)有效控制焊接變形

2.1 選擇合適的焊接材料

焊接材料一：實芯焊絲YB/T5092-2005 H03Cr19Ni12Mo2Si ？覫1.2，焊接材料二：藥芯焊絲GB/T17853-1999 E316LT1-1 ？覫1.2，兩種焊接材料均為316L焊接常用材料，試驗不同的焊接電流、電壓、送絲速度、焊絲直徑等對焊縫成型的影響。采取焊接試驗接頭的形式對兩種材料實施MIG焊接，比較焊絲對焊接的影響。

焊絲選用既要保證成分接近，又要滿足強度要求，還要在自動送絲機上能順利送進，進行MIG焊接，但成分完全相等的焊絲很難找到，又沒有必要，有時甚至效果相反。一般來講，填充金屬的選擇主要考慮所溶敷焊縫的金相組織。綜上因素，316L不銹鋼板選用焊絲為H03Cr19Ni12Mo2Si。

2.2 選擇合理的焊接設備

試驗設備一：雙脈沖焊機YD-350GL4，試驗設備二：普通焊機KRⅡ500，兩種焊機均可進行實芯焊絲，藥芯焊絲的焊接，對比兩種焊接設備焊接變形量大小、焊接飛濺物、焊縫金屬溶敷處質量。焊接設備對變形的影響，普通焊機焊接后表面氧化嚴重，且飛濺物多，飛出300mm遠，飛濺顆粒大，后續(xù)難以清除。采用脈沖焊機焊接變形明顯減小，飛濺物少，且電流電壓也調的不大，節(jié)省材料成本，作為不銹鋼焊接主要方式可減少焊接變形。

2.3 選擇合理的焊縫寬度

不同焊縫寬度直接影響焊縫成型質量，分別試驗拼接焊縫寬度1.0mm、1.5mm、2.5mm時焊縫成型質量。焊縫寬度1.0mm，焊接容易出現(xiàn)焊不透的現(xiàn)象，且焊后表面堆高過高，影響外觀美觀;縫寬2.5mm導致焊接不均勻，變形大，焊接速度慢;焊縫寬度1.5mm，焊接溶敷效果較好，且完全焊透。

3? 研究焊接過程控制措施以減少變形

3.1 合理布置結構

焊接大型不銹鋼結構件，需要很多復雜的工序，先進行大板料的拆板下料，再進行零部件的組合拼接，最后進行整體框架焊接。大型板料單板尺寸超3000×5000，需多塊板子拼接而成，而拼接縫越多，拼縫越長，焊接變形越大，所以要采取合適的下料工藝，一般來說等離子切割是最好的下料加工方法，不但板料邊緣整齊而且板料平整，有利于拼接后的平面度保證。很多大型鋼板還需折彎再拼接，這樣的話采用激光切割先打孔再折彎后拼接能較好的保證零件尺寸。拼接過程先進行單件點焊定位，再進行整體組合定位，并采取一定的固定工裝，限制焊接變形。

3.2 改變焊縫的形式

焊接大型不銹鋼結構件常出現(xiàn)的變形即鼓包、扭曲等變形，焊縫最多的就是角焊縫和對接焊縫，角焊縫強度高但內應力大，常常牽扯其他部位引起變形，為減小角焊縫引起的變形可對焊縫形式進行調整，如角焊縫盡量布置在框架的四個角，中間部位避開角焊縫，結構構件適當改成螺栓連接，減少角焊縫的數(shù)量。拼接焊縫盡量縮短，在可控范圍內將對接焊縫放置在邊緣位置或短板處。實際生產中，為盡量避免熱應力產生的變形，可適當采取斷續(xù)焊接，如采用連續(xù)焊焊接門板時，門板變形嚴重，中間成波浪形塌陷，嚴重影響門的外觀及后續(xù)裝配。采用斷續(xù)焊焊接門板，門板整體變形減小，板面平整，無明顯凹陷，既滿足強度要求又節(jié)省材料，框架與殼體部分焊接處可適當調整為斷續(xù)焊接。

4? 結束語

通過分析與研究，采用不銹鋼實芯焊絲H03Cr19Ni12Mo2Si焊接，并采取合理的拼接縫隙，能取得均勻一致的焊縫，且焊縫溶敷和成型美觀。采用雙脈沖焊機YD-350GL4焊接、合理選擇下料方式等措施能獲得較好的零件尺寸，為焊接質量提供保障，以獲得較好的不銹鋼產品。

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