雙面超薄不銹鋼復(fù)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(duì)1cr18ni9ti奧氏體不銹鋼和1cr13馬氏體不銹鋼進(jìn)行直流鎢極氬弧焊試驗(yàn)。采用金相顯微鏡、萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)和顯微硬度儀、掃描電子顯微鏡等分析測(cè)試手段研究了焊接接頭各區(qū)域的顯微組織、接頭的力學(xué)性能、斷口形貌特征等。并通過(guò)對(duì)兩種材料所形成的同種組織焊接接頭組織和性能的對(duì)比,確定了不銹鋼板的焊接工藝。

采用微型脈沖激光實(shí)現(xiàn)了0.2mm厚321不銹鋼片的對(duì)接焊,并通過(guò)正交優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,研究了工藝參數(shù)對(duì)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(shí)焊接接頭的承載能力達(dá)到母材的95%。當(dāng)微激光焊的脈沖能量過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量的積累、導(dǎo)致焊縫發(fā)生燒穿,當(dāng)脈沖寬度較小時(shí)激光脈沖的熔透能力較弱、導(dǎo)致焊縫未焊透,這兩者都會(huì)導(dǎo)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(xì)小的柱狀晶組成。

采用微型脈沖激光實(shí)現(xiàn)了0.2mm厚321不銹鋼片的對(duì)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(duì)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(duì)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(shí),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(guò)小會(huì)導(dǎo)致未焊合。當(dāng)脈沖功率分?jǐn)?shù)為12%時(shí),脈沖頻率在較寬的范圍內(nèi)變化都能獲得成形良好、無(wú)缺陷的焊接接頭。焊縫組織由中心部位的等軸晶和邊緣細(xì)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)層材料的選用應(yīng)保證熔敷金屬的合金元素的含量不低于復(fù)層材料標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定的下限值。 2.1.2過(guò)渡層的焊條宜選擇25%cr-13%ni型或25%cr-20%ni型以補(bǔ)充基層對(duì) 復(fù)層的稀釋，對(duì)復(fù)層含鉬的不銹鋼復(fù)合板，應(yīng)采用25%-13%ni-mo型焊條。 2.2常用不銹鋼復(fù)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(fù)合板過(guò)渡層及復(fù)層焊接材料的選用 復(fù)層材質(zhì)過(guò)渡層焊接復(fù)層焊接 焊條牌號(hào)焊條型號(hào)焊條牌號(hào)焊條型號(hào)焊絲鋼號(hào) 0cr18ni9 （304） a302 a307 a062 a402 a407 e309-16

1 不銹鋼復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)層材料的選用應(yīng)保證熔敷金屬的合金元素的含量不低于復(fù)層材料標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定的下限值。 2.1.2過(guò)渡層的焊條宜選擇25%cr-13%ni型或25%cr-20%ni型以補(bǔ)充基層對(duì) 復(fù)層的稀釋，對(duì)復(fù)層含鉬的不銹鋼復(fù)合板，應(yīng)采用25%-13%ni-mo型焊條。 2.2常用不銹鋼復(fù)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(fù)合板過(guò)渡層及復(fù)層焊接材料的選用 復(fù)層材質(zhì)過(guò)渡層焊接復(fù)層焊接 焊條牌號(hào)焊條型號(hào)焊條牌號(hào)焊條型號(hào)焊絲鋼號(hào) 0cr18ni9 （304） a302 a307 a062 a402 a407 e309-16

根據(jù)不銹鋼復(fù)合板的特性,分析了16mnr+316l不銹鋼復(fù)合板的焊接性,對(duì)焊接工藝進(jìn)行了評(píng)定試驗(yàn),確定了焊接工藝,保證了設(shè)備的焊接質(zhì)量,提高了焊接效率。

我廠在焊接復(fù)合板材質(zhì)20r+00cr19ni14mo2(板14mm+3mm)壓力容器時(shí),因供貨質(zhì)量原因,在焊接時(shí)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(duì)這一缺陷制定了以下返修工藝。

依據(jù)焊接工藝評(píng)定報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)施工實(shí)際,對(duì)q345r+s11306復(fù)合板焊接工作進(jìn)行了分析,確定了最佳的施工工藝。

不銹鋼復(fù)合板的焊接 不銹鋼復(fù)合板是由復(fù)層（不銹鋼）和基層（碳鋼、低合金鋼等）復(fù)合軋制而成的雙金屬， 由復(fù)層保證耐蝕性能，強(qiáng)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(jì) 價(jià)值。不銹鋼復(fù)合板由于具有良好的綜合性能和價(jià)格上風(fēng)，在石油化工、食品產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域 得到日益廣泛的應(yīng)用。不銹鋼復(fù)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(diǎn)和難點(diǎn)。 一、不銹鋼復(fù)合板的焊接特點(diǎn) 從設(shè)計(jì)角度考慮，不銹鋼復(fù)合板的基層主要是保證強(qiáng)度，復(fù)層主要是保證其耐蝕性能， 中間增加的過(guò)渡層只是焊接工藝的需要。為了保證復(fù)合鋼板不失往其原有的綜合性能，需 要對(duì)基層和復(fù)層分別焊接。除了基層和復(fù)層的焊接外，還有過(guò)渡層焊接的題目，這是不銹 鋼復(fù)合板焊接的主要特點(diǎn)。復(fù)層焊縫和基層焊縫之問(wèn)，以及復(fù)層焊縫與基層母材交界處宜 采用過(guò)渡焊縫?；鶎雍蛷?fù)層的過(guò)渡層焊接是不銹鋼復(fù)合板焊接的關(guān)鍵。 二、不銹鋼復(fù)合板焊接技術(shù)要點(diǎn) 1

第1頁(yè)共4頁(yè) 不銹鋼復(fù)合板焊接(南京首勤) 一、不銹鋼復(fù)合板下料： 一般用機(jī)加工或等離子切割。用等離子切割時(shí)方向是從復(fù)層往基層，即復(fù)層朝上。切割時(shí) 應(yīng)采取措施避免將切割熔渣濺落在復(fù)層表面上。對(duì)剪切不銹鋼復(fù)合板的，也是復(fù)層朝上。但無(wú) 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(jī) 加工制備。 二、材料： 無(wú)論板材還是焊材都應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。一般用于殼體不銹鋼復(fù)合板板材（特別是用于封 頭的板材）都應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)（主要是檢測(cè)鋼板的彎曲性能）。 三、焊工資格： 過(guò)渡層和復(fù)層焊接應(yīng)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(jìn)行清根和打磨； 3.基層外焊縫焊接； 4.對(duì)基層焊縫進(jìn)行100％rt； 5.焊接過(guò)渡層； 6.對(duì)過(guò)渡層焊

第1頁(yè)共4頁(yè) 不銹鋼復(fù)合板焊接(南京首勤) 一、不銹鋼復(fù)合板下料： 一般用機(jī)加工或等離子切割。用等離子切割時(shí)方向是從復(fù)層往基層，即復(fù)層朝上。切割時(shí) 應(yīng)采取措施避免將切割熔渣濺落在復(fù)層表面上。對(duì)剪切不銹鋼復(fù)合板的，也是復(fù)層朝上。但無(wú) 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(jī) 加工制備。 二、材料： 無(wú)論板材還是焊材都應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。一般用于殼體不銹鋼復(fù)合板板材（特別是用于封 頭的板材）都應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)（主要是檢測(cè)鋼板的彎曲性能）。 三、焊工資格： 過(guò)渡層和復(fù)層焊接應(yīng)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(jìn)行清根和打磨； 3.基層外焊縫焊接； 4.對(duì)基層焊縫進(jìn)行100％rt； 5.焊接過(guò)渡層； 6.對(duì)過(guò)渡層焊

分析了q235b+321不銹鋼復(fù)合板的焊接性,對(duì)復(fù)合板進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定,確定了q235b+321不銹鋼復(fù)合板的焊接工藝。施焊過(guò)程中通過(guò)嚴(yán)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(shè)計(jì)要求。

利用激光填絲焊接方法對(duì)5a90鋁鋰合金薄板焊接頭的組織性能進(jìn)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(xì)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(duì)細(xì)化,柱狀晶區(qū)范圍相對(duì)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(qiáng)度稍低于激光焊接頭,分別達(dá)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(dá)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(xué)性能達(dá)到使用要求,不僅需要焊后熱處理強(qiáng)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(hù)mag焊和焊條電弧焊對(duì)316l不銹鋼進(jìn)行焊接,通過(guò)對(duì)焊接接頭進(jìn)行拉伸、彎曲、硬度試驗(yàn)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(qiáng)度和顯微硬度比mag焊接頭的抗拉強(qiáng)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(shí),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(yàn)均合格。

針對(duì)不銹鋼薄板的激光焊接進(jìn)行了研究,分析了激光工藝參數(shù)對(duì)超薄不銹鋼板焊接質(zhì)量的影響。結(jié)果表明,對(duì)于不銹鋼薄板激光焊接,脈沖工作電流和脈沖寬度對(duì)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(qiáng)。

美國(guó)海軍金屬加工中心和海軍焊接中心等造船和科研機(jī)構(gòu)新近開(kāi)發(fā)成功一項(xiàng)激光焊接金屬夾層復(fù)合板的新技術(shù)。因?yàn)橄冗M(jìn)的海軍船只必須減輕重量、改善戰(zhàn)斗效力和機(jī)動(dòng)性。在制造和加工技未上的進(jìn)步，使得激光焊接金屬夾層復(fù)合板在海軍船只上更加適用和經(jīng)濟(jì)可行。其設(shè)計(jì)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(guò)激光焊接復(fù)合制成。

綜合性能很高的雙相不銹鋼,在其力學(xué)性能十分突出的同時(shí)也具備級(jí)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(shí)際使用中,為節(jié)約成本,提升經(jīng)濟(jì)效果,在很大程度上發(fā)揮多種材料性能,大多會(huì)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(huì)存在很大的差別,使得不同種類的材料焊接在一起相對(duì)困難,假如技術(shù)不高,在焊接中可能會(huì)產(chǎn)生很大概率的焊縫稀釋率,且最大的缺點(diǎn)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(shí)驗(yàn)材料來(lái)進(jìn)行焊接工藝及接頭組織性能研究.

壓力容器生產(chǎn)過(guò)程中,不銹鋼復(fù)合板是最為常見(jiàn)的材料。不銹鋼復(fù)合板強(qiáng)度高,具有良好的抗腐蝕性能,并且耐磨損、壽命較長(zhǎng),較奧氏體不銹鋼更具優(yōu)勢(shì)。然而,不銹鋼復(fù)合板焊接過(guò)程中,由于復(fù)合層厚度不均,會(huì)導(dǎo)致加工坡口時(shí)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(huì)造成焊接縫變脆,對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生一定程度影響?；诖?本文對(duì)壓力容器用不銹鋼復(fù)合板焊接性能進(jìn)行了分析,并提出了相關(guān)觀點(diǎn),以供參考。

對(duì)核聚變反應(yīng)堆用低活化馬氏體鋼進(jìn)行了激光焊接試驗(yàn),并對(duì)焊接接頭的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試分析。結(jié)果表明,對(duì)低活化馬氏體鋼進(jìn)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(dá)530hv;熱影響區(qū)(haz)包括粗晶區(qū)和細(xì)晶區(qū),粗晶區(qū)為粗大的珠光體,細(xì)晶區(qū)為細(xì)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(xué)性能,抗拉強(qiáng)度高達(dá)775mpa。

在對(duì)不銹鋼復(fù)合板焊接性進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合焊接工藝評(píng)定和生產(chǎn)實(shí)踐,研究了不銹鋼復(fù)合板焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制,對(duì)確保其焊接質(zhì)量具有重要意義。

本文將簡(jiǎn)單介紹激光焊接機(jī)理,分析和研究焊接變形產(chǎn)生危害及相關(guān)影響因素,并結(jié)合正交實(shí)驗(yàn)法提出避免焊接變形的對(duì)策。

焊接接頭組織 電弧焊接時(shí)，焊接電弧使焊件局部加熱和熔化，同時(shí)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(dāng)電弧移開(kāi)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(dǎo)的作用，母材將受 到不同程度的加熱和冷卻，相當(dāng)于進(jìn)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(duì)焊接接頭的加熱是不均勻的，焊縫區(qū)溫度達(dá)到金屬的熔化溫度， 而在整個(gè)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(yīng)力和應(yīng)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(guān)，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(diǎn)加熱的最高溫度、高溫停留時(shí)間及冷卻速度