摘要：焊接是制造业的重要组成部分，应用广泛，发展迅速，在制造行业占有重要的地位。我国是世界产钢、用钢大国，也是焊接大国。不锈钢复合板是一种新型复合工程材料，广泛应用于石油、化工、医药、建筑等领域。为了提高生产效率和焊接质量，必须实现焊接过程自动化，而焊缝跟踪是实现焊接过程自动化的一个重要方面。本文分析了不锈钢复合板焊接质量控制及焊接性能。
关键词：不锈钢复合板；焊接质量控制；焊接性能；
随着高新技术和新工艺的不断出现，机械制造、安装、维修业也逐步向精细方向发展，对焊接技术和材料的要求的要求也越来越高。其中不锈钢复合材料是一类常用的重要焊接材料。不锈钢复合板具备了不锈钢的耐腐蚀性和低合金高强钢的高强度的双重优点，同时还具备了价格较低的优势。
一、各种缺陷形成的原因
1.未熔合。这类钢板厚度大多在几至几十毫米之间，由于是异种金属焊接，在其过渡层部位，常会出现未熔合现象。形成的原因是使用的焊接规范不正确。按照工艺规程要求，焊接过渡层时应采用较小的焊接线能量，在实际操作中，有些焊工由于经验不足，焊接时使用的电流过小，焊速偏快，结果出现电弧在两侧坡口上停留时间过短，运条角度不正确，坡口金属的熔合状态不好，形成了填充金属不能与母材金属充分熔合，出现未熔合现象。
2.夹渣。夹渣的形成原因是焊工使用的电流偏大，焊条角度不当，稳弧时间过短造成的。焊接基层上靠近复层的最后一层焊道时如果电流偏大，会在两侧坡口上会出现明显的咬边现象，当再焊接过渡层时，由于改用了小规范，同时由于过渡层的填充金属在液态情况下粘度较大，焊接时存在于咬边内部的熔渣不易浮出，过渡层液态金属凝固后，存在于咬边空隙内的熔渣则成为夹渣。
3.裂纹。裂纹形成原因主要有以下几点：一是在实际操作中，由于复合钢板的复层与基层熔合处熔合的厚薄不均的现象，加工坡口时，单从外观上很难确定不锈钢层是否彻底清除干净。二是焊工的工艺参数掌握得不好。这类接头中，各层焊道的焊接大多是用手工电弧焊和埋弧自动焊完成的，在实际的焊接中，常会出现由于焊工运条不当，或是没有掌握好相关的工艺参数，导致焊出的焊道高度、宽度偏离工艺规程要求的现象。
二、不锈钢复合板焊接性能分析
1.焊缝化学成分的稀释导致焊接接头产生裂纹。不锈钢复合板基层的碳素钢或低合金钢中不含Cr、Ni 等合金元素，在焊接过程中，基层熔化时，对焊缝金属中的合金元素Cr、Ni 等有稀释作用，从而改变焊缝金属的化学成分和组织状态。而焊缝中奥氏体形成元素Cr、Ni 含量的减少，会使焊缝金属中出现马氏体组织，使焊接接头脆性增大，导致焊接接头产生裂纹，从而恶化接头质量。
2.过渡层形成马氏体组织。不锈钢复合板焊接时，基层金属对焊缝金属熔池的稀释程度是不均匀的。在采用不锈钢作为填充材料时，由于两者成分相差悬殊，在基层一侧熔池边缘熔化的基层金属和填充金属不能充分地混合，而存在一个成分梯度很大的过渡层，它在基层和不锈钢焊缝之间会形成高硬度的马氏体脆硬层，显著降低接头韧性，使焊接接头在使用中出现脆性破坏。
3.扩散层造成接头高温持久强度和塑性下降。不锈钢复合板焊接接头在焊后热处理或高温条件下运行时，由于熔合线两侧的成分相差悬殊，在一定温度下会发生碳的扩散，形成扩散层。其结果是在熔合线基层一侧形成脱碳层而软化，而在不锈钢焊缝中则形成硬度较高的增碳层。脱碳层与增碳层硬度有着明显的差别，在接头受力时将产生应力集中，使接头的高温持久强度和塑性下降，甚至沿熔合区断裂，因此扩散层也是不锈钢复合板接头的薄弱地带。
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4.高应力状态造成接头疲劳破坏。由于基层和不锈钢复层线膨胀系数、热导率等物理性能存在较大差异，在焊接时会产生较大的残余应力，而且使得在交变温度下工作的焊接接头产生交变热应力，从而造成疲劳破坏。
三、不锈钢复合板焊接质量控制
1.根据不同的坡口形式正确选择焊接顺序。在可以进行双面焊接的情况下，大部分坡口都可以按照先焊基板焊道，再焊过渡层，最后焊复层的顺序进行焊接，为保证焊缝两侧良好的熔合，应把坡口两侧夹渣和咬边处用同材质钢丝刷或磨光机片清理干净必须采用排焊，焊条不要横向摆动。对坡口形式，如果只能单面施焊，则只能按先焊复层再焊过渡层，最后焊基板焊道的顺序施焊。但焊接前还需要采取其他的保护措施，如在焊缝内侧充满保护气体等等，另外在焊接复层焊道时，要严格控制焊道厚度，不能过厚，以便在焊接过渡层时能获合适的熔合比。
2.严格控制焊道的熔深。焊接过程中熔深的大小是很难判断的，操作中焊工往往是根据电流的大小，熔池的大小，间接地判断熔深的大小，焊接复合钢板时，熔深的大小对焊接质量有着很大的影响。例如焊接过渡层时，工艺上要求采用
较小的焊接电流，就是为了减小熔深，如果电流过大，熔深过大，其基层金属可能会过多地融入过渡层，形成裂纹。同样，焊接复层时熔深过大，也会出现裂纹等问题。一般情况下，过渡层与基板焊道之间的熔合深度在1.5～2.5mm 之间为好，焊接复层时，复层焊道与过渡层焊道之间的熔合深度在0.5～1.0mm 之间为好。焊接基板时应对复板表面加以保护，防止飞溅物粘到复板表面，造成复板性能下降，基板最后一道焊道不能过高，出现焊道过高时，应用磨光机等工具将其打磨至合适的高度，然后再焊复层焊道。
3.焊接操作技术及规范参数的控制。不锈钢复合板焊接时应从控制熔合比，减少稀释率，尽量避免基层材质混入复层焊缝中和复层不锈钢混入基层焊缝中作为出发点，由取得相应资格的焊工实施焊接操作。一是基层依据其结构形式可以采用焊条电弧焊、自动埋弧焊、CO2保护焊等焊接方法进行焊接。复层和过渡层的焊接应以钨极氩弧焊和焊条电弧焊为主。焊接时应采取从基层到过渡层，最后焊接复层的焊接次序。要尽量减少复层一侧的焊接量，注意复层层间温度的控制，避免复层焊缝多次重复加热。定位焊缝一定要焊在基层金属上，并采用与焊接基层金属相同的焊材施焊。二是基层焊接时要距复层界面2mm 左右，避免触及或熔化复层，以防基层焊缝熔化到过渡层和复层中去。复层焊接时要采用小电流、短弧多层多道快速焊方法，焊条不做横向摆动，控制热输入，不得进行预热或缓冷。可以采用强制冷却措施来保证焊缝金属的力学性能和抗晶间腐蚀性能。要注意保护复层表面并防止飞溅物对复层表面的损伤。焊后应对复层焊缝表面进行酸洗钝化处理。三是要尽量提高焊缝的一次合格率，减少返修次数，以防由于焊接接头组织性能的不均匀性导致焊缝返修时产生热裂纹。对需要进行返修的过渡层或复层焊缝，不得采用碳弧气刨清除缺陷，应采用砂轮打磨法来清除缺陷，以免基层和复层材质相互渗入。
不锈钢复合板由于基层和复层成分及性能等方面的差异给其焊接带来了很多问题，从而对其焊接质量产生很大影响。控制焊接质量应从焊接工艺评定和生产实践两方面入手，严格按照经过评定和验证的规范参数和操作工艺进行操作。对使用不锈钢复合板进行容器和设备制造的企业进行焊接质量的跟踪研究，也证实了这一点。
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论文作者:杨李山
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/25
标签：不锈钢论文; 基层论文; 金属论文; 复合板论文; 焊工论文; 裂纹论文; 焊条论文; 《基层建设》2018年第32期论文;