雙面超薄不銹鋼復合板激光焊接接頭組織性能研究

采用填加或不填加1cr18ni9ti焊絲,對1cr18ni9ti奧氏體不銹鋼和1cr13馬氏體不銹鋼進行直流鎢極氬弧焊試驗。采用金相顯微鏡、萬能拉伸試驗機和顯微硬度儀、掃描電子顯微鏡等分析測試手段研究了焊接接頭各區(qū)域的顯微組織、接頭的力學性能、斷口形貌特征等。并通過對兩種材料所形成的同種組織焊接接頭組織和性能的對比,確定了不銹鋼板的焊接工藝。

采用微型脈沖激光實現(xiàn)了0.2mm厚321不銹鋼片的對接焊,并通過正交優(yōu)化設計對工藝參數(shù)進行了優(yōu)化,研究了工藝參數(shù)對焊接接頭微觀形貌及組織的影響。結(jié)果表明,焊接接頭獲得最大抗拉力的最優(yōu)工藝參數(shù)是脈沖功率百分比為15、脈沖頻率為5hz、脈沖寬度為2.1ms,此時焊接接頭的承載能力達到母材的95%。當微激光焊的脈沖能量過大時會產(chǎn)生熱量的積累、導致焊縫發(fā)生燒穿,當脈沖寬度較小時激光脈沖的熔透能力較弱、導致焊縫未焊透,這兩者都會導致焊接接頭的承載能力較差。承載能力較高的焊接接頭其顯微組織由焊縫中心區(qū)的等軸晶和焊縫邊緣細小的柱狀晶組成。

采用微型脈沖激光實現(xiàn)了0.2mm厚321不銹鋼片的對接焊,研究了脈沖頻率、脈沖寬度和脈沖功率等工藝參數(shù)對焊縫成形的影響規(guī)律。結(jié)果表明,0.2mm厚321不銹鋼片的微激光對接焊容易在焊縫處產(chǎn)生燒穿,在收弧處形成較深的弧坑。在其它工藝參數(shù)固定不變時,減小脈沖頻率和脈沖寬度均可以減少或避免焊縫的燒穿,改善焊縫成形;減小脈沖功率有利于避免焊縫收弧處較深弧坑的形成,但脈沖功率過小會導致未焊合。當脈沖功率分數(shù)為12%時,脈沖頻率在較寬的范圍內(nèi)變化都能獲得成形良好、無缺陷的焊接接頭。焊縫組織由中心部位的等軸晶和邊緣細小的柱狀晶組成,在焊縫和母材的交界處幾乎不存在焊接熱影響區(qū)。

1 不銹鋼復合板的焊接工藝規(guī)程 1、使用范圍 本工藝適用于以各種不銹鋼為復材、低碳鋼或低合金鋼為基材總厚度大于或 等于4mm的不銹鋼復合板的焊接。 2、焊接材料的選擇 2.1焊接材料選用原則 2.1.1復層材料的選用應保證熔敷金屬的合金元素的含量不低于復層材料標準 規(guī)定的下限值。 2.1.2過渡層的焊條宜選擇25%cr-13%ni型或25%cr-20%ni型以補充基層對 復層的稀釋，對復層含鉬的不銹鋼復合板，應采用25%-13%ni-mo型焊條。 2.2常用不銹鋼復合板焊接材料可按表2.2-1、2.2-2選取。 表2.2-1常用不銹鋼復合板過渡層及復層焊接材料的選用 復層材質(zhì)過渡層焊接復層焊接 焊條牌號焊條型號焊條牌號焊條型號焊絲鋼號 0cr18ni9 （304） a302 a307 a062 a402 a407 e309-16

1 不銹鋼復合板的焊接工藝規(guī)程 1、使用范圍 本工藝適用于以各種不銹鋼為復材、低碳鋼或低合金鋼為基材總厚度大于或 等于4mm的不銹鋼復合板的焊接。 2、焊接材料的選擇 2.1焊接材料選用原則 2.1.1復層材料的選用應保證熔敷金屬的合金元素的含量不低于復層材料標準 規(guī)定的下限值。 2.1.2過渡層的焊條宜選擇25%cr-13%ni型或25%cr-20%ni型以補充基層對 復層的稀釋，對復層含鉬的不銹鋼復合板，應采用25%-13%ni-mo型焊條。 2.2常用不銹鋼復合板焊接材料可按表2.2-1、2.2-2選取。 表2.2-1常用不銹鋼復合板過渡層及復層焊接材料的選用 復層材質(zhì)過渡層焊接復層焊接 焊條牌號焊條型號焊條牌號焊條型號焊絲鋼號 0cr18ni9 （304） a302 a307 a062 a402 a407 e309-16

根據(jù)不銹鋼復合板的特性,分析了16mnr+316l不銹鋼復合板的焊接性,對焊接工藝進行了評定試驗,確定了焊接工藝,保證了設備的焊接質(zhì)量,提高了焊接效率。

我廠在焊接復合板材質(zhì)20r+00cr19ni14mo2(板14mm+3mm)壓力容器時,因供貨質(zhì)量原因,在焊接時焊縫區(qū)及相鄰母材100mm*100mm范圍內(nèi)出現(xiàn)了大量裂紋,有些裂紋是貫穿性的,針對這一缺陷制定了以下返修工藝。

依據(jù)焊接工藝評定報告及現(xiàn)場施工實際,對q345r+s11306復合板焊接工作進行了分析,確定了最佳的施工工藝。

不銹鋼復合板的焊接 不銹鋼復合板是由復層（不銹鋼）和基層（碳鋼、低合金鋼等）復合軋制而成的雙金屬， 由復層保證耐蝕性能，強度主要靠基層獲得，這樣可以節(jié)約大量不銹鋼，具有良好的經(jīng)濟 價值。不銹鋼復合板由于具有良好的綜合性能和價格上風，在石油化工、食品產(chǎn)業(yè)等領域 得到日益廣泛的應用。不銹鋼復合板焊接既不同于不銹鋼，也不同于碳鋼或低合金鋼，而 有其特點和難點。 一、不銹鋼復合板的焊接特點 從設計角度考慮，不銹鋼復合板的基層主要是保證強度，復層主要是保證其耐蝕性能， 中間增加的過渡層只是焊接工藝的需要。為了保證復合鋼板不失往其原有的綜合性能，需 要對基層和復層分別焊接。除了基層和復層的焊接外，還有過渡層焊接的題目，這是不銹 鋼復合板焊接的主要特點。復層焊縫和基層焊縫之問，以及復層焊縫與基層母材交界處宜 采用過渡焊縫。基層和復層的過渡層焊接是不銹鋼復合板焊接的關鍵。 二、不銹鋼復合板焊接技術要點 1

第1頁共4頁 不銹鋼復合板焊接(南京首勤) 一、不銹鋼復合板下料： 一般用機加工或等離子切割。用等離子切割時方向是從復層往基層，即復層朝上。切割時 應采取措施避免將切割熔渣濺落在復層表面上。對剪切不銹鋼復合板的，也是復層朝上。但無 論用等離子還是剪切下料，都要留有余量，以便后面加工去掉受影響部分。坡口加工一般用機 加工制備。 二、材料： 無論板材還是焊材都應符合相關規(guī)定。一般用于殼體不銹鋼復合板板材（特別是用于封 頭的板材）都應進行復驗（主要是檢測鋼板的彎曲性能）。 三、焊工資格： 過渡層和復層焊接應由有堆焊資格的焊工焊接，即smaw-（n12）-ii-1g-f4。 四、（a、b類焊縫）焊接順序： 1.基層碳鋼內(nèi)焊縫焊接； 2.在基層外進行清根和打磨； 3.基層外焊縫焊接； 4.對基層焊縫進行100％rt； 5.焊接過渡層； 6.對過渡層焊

第1頁共4頁 不銹鋼復合板焊接(南京首勤) 一、不銹鋼復合板下料： 一般用機加工或等離子切割。用等離子切割時方向是從復層往基層，即復層朝上。切割時 應采取措施避免將切割熔渣濺落在復層表面上。對剪切不銹鋼復合板的，也是復層朝上。但無 論用等離子還是剪切下料，都要留有余量，以便后面加工去掉受影響部分。坡口加工一般用機 加工制備。 二、材料： 無論板材還是焊材都應符合相關規(guī)定。一般用于殼體不銹鋼復合板板材（特別是用于封 頭的板材）都應進行復驗（主要是檢測鋼板的彎曲性能）。 三、焊工資格： 過渡層和復層焊接應由有堆焊資格的焊工焊接，即smaw-（n12）-ii-1g-f4。 四、（a、b類焊縫）焊接順序： 1.基層碳鋼內(nèi)焊縫焊接； 2.在基層外進行清根和打磨； 3.基層外焊縫焊接； 4.對基層焊縫進行100％rt； 5.焊接過渡層； 6.對過渡層焊

分析了q235b+321不銹鋼復合板的焊接性,對復合板進行了焊接工藝評定,確定了q235b+321不銹鋼復合板的焊接工藝。施焊過程中通過嚴格執(zhí)行工藝規(guī)范,既保證了焊接質(zhì)量,又提高了焊接效率,滿足設計要求。

利用激光填絲焊接方法對5a90鋁鋰合金薄板焊接頭的組織性能進行了研究。結(jié)果表明:激光填絲焊接頭的主要組織特征為細晶層和焊縫區(qū)大范圍等軸晶,與激光焊接頭類似,而不同之處表現(xiàn)為激光填絲焊接頭的顯微組織相對細化,柱狀晶區(qū)范圍相對減小。激光填絲焊縫區(qū)硬度hv0.2(925.7mpa)略低于激光焊縫區(qū)硬度(956.5mpa),但前者硬度分布更加均勻。激光填絲焊接頭的抗拉強度稍低于激光焊接頭,分別達母材的79.22%和73.03%,但其斷后延伸率卻顯著高于后者,分別達母材的38.65%和20.38%。綜上所述,5a90鋁鋰合金激光填絲焊接頭的組織性能略優(yōu)于激光焊接頭,若使激光填絲焊接頭的綜合力學性能達到使用要求,不僅需要焊后熱處理強化,還需要與母材匹配性更好的焊絲。

采用20%co2+80%ar氣體保護mag焊和焊條電弧焊對316l不銹鋼進行焊接,通過對焊接接頭進行拉伸、彎曲、硬度試驗和顯微組織觀察,研究了焊接接頭組織性能。結(jié)果表明,焊條電弧焊接頭的抗拉強度和顯微硬度比mag焊接頭的抗拉強度和顯微硬度高;焊條電弧焊焊縫金屬中δ鐵素體含量比mag焊焊縫金屬中δ鐵素體含量高;mag焊焊縫金屬含有少量的mc型碳化物;拉伸時,焊條電弧焊接頭斷裂在熱影響區(qū),而mag焊接頭斷裂在焊縫中心位置;焊接接頭的彎曲試驗均合格。

針對不銹鋼薄板的激光焊接進行了研究,分析了激光工藝參數(shù)對超薄不銹鋼板焊接質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,對于不銹鋼薄板激光焊接,脈沖工作電流和脈沖寬度對焊縫成形影響很大。在合適的工藝參數(shù)下,超薄不銹鋼薄板焊縫成形良好,焊接接頭基本與母材等強。

美國海軍金屬加工中心和海軍焊接中心等造船和科研機構(gòu)新近開發(fā)成功一項激光焊接金屬夾層復合板的新技術。因為先進的海軍船只必須減輕重量、改善戰(zhàn)斗效力和機動性。在制造和加工技未上的進步，使得激光焊接金屬夾層復合板在海軍船只上更加適用和經(jīng)濟可行。其設計就如同厚硬紙波紋板一樣，由兩塊金屬板與波紋狀金屬芯板通過激光焊接復合制成。

綜合性能很高的雙相不銹鋼,在其力學性能十分突出的同時也具備級高的耐腐蝕性,因此,被廣泛使用在各行各業(yè)中用于代替一般的不銹鋼,如生物工程、食品藥品等行業(yè),在實際使用中,為節(jié)約成本,提升經(jīng)濟效果,在很大程度上發(fā)揮多種材料性能,大多會用多相不銹鋼與其他合金相互焊接結(jié)合使用,很大程度上降低了材料的使用性能.但是,由于不同的合金元素比例都會存在很大的差別,使得不同種類的材料焊接在一起相對困難,假如技術不高,在焊接中可能會產(chǎn)生很大概率的焊縫稀釋率,且最大的缺點就是在焊縫處容易出現(xiàn)氣孔或者裂痕等情況.因此,本文使用2205雙相鋼和q345r低合金鋼為實驗材料來進行焊接工藝及接頭組織性能研究.

壓力容器生產(chǎn)過程中,不銹鋼復合板是最為常見的材料。不銹鋼復合板強度高,具有良好的抗腐蝕性能,并且耐磨損、壽命較長,較奧氏體不銹鋼更具優(yōu)勢。然而,不銹鋼復合板焊接過程中,由于復合層厚度不均,會導致加工坡口時出現(xiàn)剝離不凈的情況,使得焊接縫中的合金元素含量上升。上述情況會造成焊接縫變脆,對焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定程度影響?；诖?本文對壓力容器用不銹鋼復合板焊接性能進行了分析,并提出了相關觀點,以供參考。

對核聚變反應堆用低活化馬氏體鋼進行了激光焊接試驗,并對焊接接頭的顯微組織和力學性能進行了測試分析。結(jié)果表明,對低活化馬氏體鋼進行激光焊接可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭;焊縫組織主要為板條狀馬氏體,硬度可達530hv;熱影響區(qū)(haz)包括粗晶區(qū)和細晶區(qū),粗晶區(qū)為粗大的珠光體,細晶區(qū)為細小的珠光體和鐵素體的混合組織,最低硬度為220hv;焊接接頭有很好的力學性能,抗拉強度高達775mpa。

在對不銹鋼復合板焊接性進行系統(tǒng)分析的基礎上,結(jié)合焊接工藝評定和生產(chǎn)實踐,研究了不銹鋼復合板焊接過程中的質(zhì)量控制,對確保其焊接質(zhì)量具有重要意義。

本文將簡單介紹激光焊接機理,分析和研究焊接變形產(chǎn)生危害及相關影響因素,并結(jié)合正交實驗法提出避免焊接變形的對策。

焊接接頭組織 電弧焊接時，焊接電弧使焊件局部加熱和熔化，同時加入填充金屬(焊條或焊 絲)，形成金屬熔池，并不斷把熱量傳給周圍冷的母材金屬。當電弧移開后，熔 池的溫度迅速降低，熔池中液體金屬凝固成焊縫。由于熱傳導的作用，母材將受 到不同程度的加熱和冷卻，相當于進行了一次熱處理，使其組織和性能發(fā)生了變 化，這部分金屬所占的區(qū)域就稱為焊縫的熱影響區(qū)。焊接接頭是焊縫和熱影響區(qū) 的總稱。 由于電弧對焊接接頭的加熱是不均勻的，焊縫區(qū)溫度達到金屬的熔化溫度， 而在整個熱影響區(qū)中，離焊縫越近溫度就越高。因此，在焊接接頭組織中不僅組 織和性能都不均勻，而且在焊縫和熱影響區(qū)中還容易產(chǎn)生各種焊接缺陷，存在焊 接殘余應力和應力集中。焊接接頭組織和性能與焊接方法、焊接規(guī)范、接頭形式 等因素有關，并直接影響焊接結(jié)構(gòu)的性能和可靠性。 熱影響區(qū)某點加熱的最高溫度、高溫停留時間及冷卻速度