燒結316L不銹鋼復合絲網焊接缺陷研究

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1 前言

燒結316L不銹鋼復合絲網材料是將不同絲徑,不同目數(shù)的單層不銹鋼編織絲網按照特定的順序疊放,經過加壓高溫燒結后制備的一種具有良好強度和韌性,精度可控的金屬多孔材料。與粉末燒結不銹鋼多孔材料相比,燒結不銹鋼復合絲網具有高通量、高強度、強韌性、易再生等優(yōu)點。由于其獨特的孔隙結構、良好的耐蝕性和可焊接性,燒結316 L不銹鋼復合絲網材料廣泛應用于能源化工、冶金建材、食品醫(yī)藥等領域的關鍵過濾分離裝備,是相關工業(yè)裝置提質增效、節(jié)能減排以及綜合利用的核心基礎材料及元件。

根據(jù)不同過濾分離裝備的應用需求,燒結316 L不銹鋼復合絲網往往被加工成不同規(guī)格的過濾元件來使用,焊接是制造燒結不銹鋼絲網過濾元件必不可少的工序。

2 焊疤缺陷的產生

為了保障過濾元件的使用效果,燒結316L不銹鋼絲網在焊接過程中不得引入雜質,不能發(fā)生明顯的氧化,焊縫強度也必須達到設計要求,焊縫區(qū)域的孔徑尺寸不得高于母材。鎢極氬弧焊是燒結不銹鋼復合絲網過濾元件焊接的理想方式。與其他電弧焊相比較,鎢極氬弧焊是一種高質量的焊接方法。由于采用氬氣作為保護氣體,可有效隔絕空氣對電弧和熔池產生的不良影響,金屬冶金反應充分。同時,電弧受氬氣流的壓縮和冷卻作用,熱量集中,燃燒穩(wěn)定,熱影響區(qū)窄,焊接應力和變形較小,飛濺少,焊接強度高。

采用鎢極氬弧焊工藝焊接出的燒結不銹鋼復合絲網過濾元件焊縫均勻美觀,既可以獲得高的焊接強度,又可以有效避免焊縫部位大孔缺陷的產生。然而在實際生產過程中,燒結金屬絲網過濾元件焊縫部位的焊疤缺陷卻往往難以避免。

3 焊疤缺陷分析

焊疤缺陷既影響燒結不銹鋼復合絲網過濾元件的美觀,也容易造成腐蝕及孔洞缺陷隱患。全面分析焊疤缺陷并找出焊疤產生的根源是有效避免焊疤產生的有效途徑。

用能譜儀對焊疤缺陷微區(qū)的化學成分進行了分析,測試結果表明,與316L絲網基材相比,焊疤區(qū)域大幅增加了O、Al、Si元素,Al、Si的氧化物大量富集于焊縫區(qū)域,宏觀上造成了焊疤的產生。

4 焊疤缺陷產生原因分析

如前所述,焊疤產生的根本原因是焊縫區(qū)域Al、Si的氧化物的富集,為了消除焊疤缺陷,必須找出Al、Si的氧化物的引入途徑。

掃描電鏡照片顯示,燒結不銹鋼復合絲網的單絲上不規(guī)則地附著有夾雜物,能譜儀測試結果顯示,夾雜物主要化學成分為Al的氧化物(氧化鋁)。氧化鋁屬于陶瓷材料,熔點達到2054℃,具有良好的熱穩(wěn)定性和耐鋼液侵蝕性能。在燒結金屬復合絲網焊接過程中,不銹鋼絲網在氬氣保護下的受到鎢電極加熱時迅速融化形成熔池,由于氧化鋁熔點遠高于不銹鋼,密度低于不銹鋼,氧化鋁顆粒則漂浮在不銹鋼熔池表面,隨著焊接區(qū)域的不斷加大,氧化鋁顆粒不斷在不銹鋼熔池表面富集,熔池降溫冷卻凝固后,焊縫局部區(qū)域形成宏觀焊疤。

在燒結不銹鋼復合絲網生產過程中,為了提高生產效率,避免復合絲網之間的粘連,在復合絲網之間引入柔性氧化鋁陶瓷隔離層。氧化鋁陶瓷隔離層雖然有效避免了高溫燒結時相鄰復合絲網之間的粘連,但由于柔性氧化鋁陶瓷易掉渣,細小的氧化鋁顆粒在高溫條件下極易嵌入不銹鋼單絲之中,嵌入不銹鋼單絲中的氧化鋁顆粒也無法通過超聲清洗祛除,最終形成焊縫焊疤缺陷。

5 結論

燒結不銹鋼復合絲網在制備過程中使用柔性氧化鋁隔離層,脫落的氧化鋁顆粒在高溫條件下嵌入燒結不銹鋼復合絲網單絲中,嵌入單絲中的氧化鋁顆粒在氬弧焊焊接過程中懸浮于熔池表面,隨著焊接區(qū)域的不斷擴大,形成了熔池表面的氧化鋁富集,冷卻凝固后形成了宏觀焊疤。避免燒結不銹鋼復合絲網過濾元件焊疤缺陷的根本途徑是變更燒結不銹鋼復合材料生產時的隔離層材料,采用高溫穩(wěn)定性好,不掉渣的材料替代柔性氧化鋁。