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不锈钢复合板焊接特点

来源:至德钢业 日期:2021-08-28 09:29:50 人气:77

不锈钢复合板是由化学成分、物理性能和焊接性有重大差异的两层钢材组合而成的,因而不可能用单一的焊接材料和焊接工艺进行焊接,而应将基层和复层区别对待。单独选择适合基层的焊接材料,则焊接复层时将出现高合金马氏体焊缝,不仅力学性能不良,还容易产生裂纹,而且完全丧失了复层应有的耐蚀性,如果采用单一适合于复层的焊接材料进行施焊,虽然易于得到抗腐蚀性能合格的复层表面,但基层焊缝金属却完全由高、中合金水平的马氏体钢成分组成,其焊接裂纹倾向非常大,而且其塑性、强度等级不能同钢板整体协调,在载荷作用下会出现不连续的应力状态,可能诱发断裂失效。考虑到异种钢熔合在一起带来的尖锐矛盾,在不锈钢复合板的焊接工艺试验及实践中,都力求将基层的焊接尽可能同复层的焊接区分开来,尽量减少两种材料的熔合17为保证质量,不锈钢复合板的焊接必须考虑以下特点。

焊缝金属的稀释

一般情况下,可以认为焊缝金属大体上是搅拌均匀的,选择焊接材料时希望获得纯奥氏体或奥氏体加少量铁素体组织的焊缝成分,由于珠光体母材的稀释作用,18-8型焊接材料不能满足要求,25-20型焊接材料可能因单相奥体组织容易产生热裂纹,所以采用25-13型焊接材料通常是比较合适的。焊接金属受到母材金属的稀释作用,往往会在焊接接头过渡区产生脆性马氏体组织,即在珠光体一侧熔合区附近形成低塑性高硬度狭窄区域带,虽然焊后回火可能使硬度有所降低,但接头在高温下长期工作,脆性带还会发展,硬度还会上升。在熔池边缘部位,由于搅拌不足,母材稀释作用比焊缝中心还突出,铬、镍含量会低于母材中心平均值,即形成了所谓的过渡区18,这一区域很可能是硬度很高的马氏体或奥氏体加马氏体组织,而这种淬硬组织正是导致焊接裂纹的主要原因。

虽然过渡区难以避免,但通过一些措施,如提高焊缝金属中奥氏体形成元素镍的含量和控制高温停留时间,可以减小过渡区的宽度1191.3.2碳迁移形成扩散层

过渡层碳的迁移20,复合钢板在焊接、热处理或使用中长期处于高温时,珠光体与奥氏体钢界面附近发生反应扩散而使碳迁移,碳在珠光体中的含量远远高于奥氏体,形成一个浓度差,使碳有从a-Fey-Fe中迁移的趋势。又因为碳在液态铁中的溶解度大于在固态铁中的溶解度,焊接时基体母材中的碳向熔化态焊缝金属中扩散。同时奥氏体焊缝中含有更多的碳化物形成元素,其中铬是强碳化物形成元素。也就是说奥氏体焊缝对碳更具有亲和力。正是由于上述因素的影响,使碳由珠光体钢向奥氏体钢扩散过程中,大量滞留在薄薄的过渡层,使该区域性能恶化。结果在珠光体钢一侧形成脱碳发生软化,奥氏体钢一侧形成增碳层发生硬化。由于两侧性能相差悬殊,接头受力可能发生应力集中,降低接头的承载能力21],为防止碳迁移,常采取以下措施:尽量降低加热温度并缩短高温停留时间;在珠光体钢中增加碳化物形成元素如铬、钒、钛等,或预先堆焊含强碳化物形成元素或者镍合金的隔离层,而在奥氏体钢中要相应减少这些元素;采用含镍含量高的填充金属,利用镍的石墨化作用阻碍形成碳化物。

接头残余应力

除焊接时因局部加热引起焊接应力外,由于珠光体钢与奥氏体不锈钢的导热系数和线膨胀系数有较大差异,且由于奥氏体钢的导热性差,奥氏体的导热系数较低,热膨胀系数较大,膨胀变形较大。接头在冷却时,奥氏体钢比珠光体钢收缩变形大,而基层金属却强烈束缚着过渡层金属的收缩。在焊缝方向上,使过渡层受拉应力作用。所以焊后冷却时的收缩量不同必然导致这类焊接接头产生另一性质的焊接残余应力,而且这部分焊接残余应力很难通过热处理方法消除。这种残余应力必然影响接头性能,特别是当焊接接头工作在交变温度下,由于形成热应力或热疲劳而可能沿着珠光体钢与奥氏体钢焊接界面产生裂纹,最终导致焊接金属的剥离。如果过渡层存在脆、硬的马氏体组织,在热应力的作用下,很容易产生裂纹,马氏体组织越多,焊缝裂纹敏感性越强。

为防止这种现象的产生,常采取以下措施:优先选用与珠光体钢线膨胀系数相近且塑性好的填充金属,这样一来,焊接应力将集中在焊缝与奥氏体母材一侧,而奥氏体钢的塑性变形能力较强,能承受较大的应力;严格控制冷却速度,焊后缓冷,以尽量减小焊接变形及应力;在焊接接头设计时,要尽量将其安排在没有剧烈温度变化的位置等。

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