不锈钢复合板焊接工艺研究

摘要: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。本文的主要目的是研究薄不锈钢复合板的焊接工艺,去分析其力学性能和腐蚀性能,为以后实现焊缝跟踪,进而实现焊接制管的自动化奠定基础。

关键词:不锈钢复合板焊接力学腐蚀

中图分类号:TU7文献标识码:A文章编号:1672-3791(2011)01(a)-0035-01

不锈钢复合管是一种新型复合工程材料,可作为纯不锈钢管和电镀Cr碳钢管的更新换代产品,广泛应用于石油、化工、医药、建筑等领域。

不锈钢复合管生产方式大概有以下几种:包覆成型、拉拔成型、复合钢板成型[1]。包覆成型是在碳钢管芯上包覆一层不锈钢带,由于包覆的不锈钢带较薄,其焊接一般采用氢弧焊或等离子弧焊[2～3]。复合钢板成型是将不锈钢复合板经卷制、对接焊制而成,在焊接时,对于复层和基层必须分别进行焊接。另外,对于基层材料,必须选择合适的坡口形式和焊接工艺,以防止复层材料的熔化和稀释[4]。对于由不锈钢组成的内衬复层材料,应选择用同种材质或Ni丝作为填充材料,并采用气体保护焊[4]。文献[1]给出的采用爆炸复合钢板焊制不锈钢复合管的生产线中,采用了氢弧焊或CO2气体保护焊。

本文的主要目的是研究薄不锈钢复合板的焊接工艺,去分析其力学性能和腐蚀性能。

1不锈钢复合板焊接工艺

1.1 试验材料、方法

1.1.1 试验材料

试验材料为不锈钢复合板,基层为Q235,复层为0Crl8Ni9。复层厚度为1mm,基层厚度为6mm。其基层与复层的化学成分及物理性能参数见表1,表2。

1.1.2 试验方法

试验采用GMAW焊,试板尺寸是300×l50×7mm,两块试板对接。

焊接工艺参数的选择如下,即确保焊缝金属的成分中Cr含量大于18%。焊接工艺参数见表3。

表中,所有试件第一层均采用相同的焊接规范。试件1,2,3,4焊接电流逐渐递减,其他焊接参数基本不变。试件6,2,5,7焊接速度逐渐降低,其它焊接参数基本不变。

试验中采用先焊基层,再焊复层的方案。根据强度匹配的原则和熔合比试验,确定基层的焊接材料采用H08Mn2SiA,保护气体为CO2,气体流量15L/min。复层的焊接材料选用309L,保护气体为Ar97.5%+CO22.5%,气体流量15L/min。所用焊丝的化学成分见表4。

1.2 试验结果分析

1.2.1 力学性能

按照国标GB2651-89《焊接接头拉伸试验方法》进行拉伸试验。表5是拉伸试验试验结果。试件均断于母材上未受热影响部分。这说明焊接接头强度高于母材。

由于试件厚度只有7mm,复层厚度为1mm,且焊接过程中存在变形,无法加工成标准冲击试样,本文采用非标试样,试样尺寸为4×8×55mm,缺口开在熔合线上,为却贝V型缺口。表6是冲击试验试验结果,试验温度为0℃。

由表6可以看出,焊接速度变化时,冲击功变化并不显著。而焊接电流为194A,焊接电压22.6V,焊接速度为4.47mm/s时,冲击功最高。除4#试件外,其它试件的冲击功均在40J左右,超过了低碳钢Q235标准规定的最低冲击功27J。

1.2.2 腐蚀性能

不锈钢复合板的耐腐蚀性能主要由不锈钢复层提供,因此腐蚀性能试验主要针对不锈钢复层.由于碳钢腐蚀性很差,若不加保护直接放置于硫酸-硫酸铜溶液中,由于碳钢的腐蚀,将降低溶液的有效性。因此,需要对碳钢层进行保护,选择的保护试剂为X-158乙烯基脂树脂,该树脂保护效果较好。本实验中,由于试板厚度大于4mm,因此,将试板从碳钢基层侧加工减薄至4mm。试验根据国标GB/T4334.5《不锈钢硫酸-硫酸铜腐蚀试验方法》进行16小时的晶间腐蚀试验。除4#试件外,全部试件均合格。4#试件弯曲后在熔合区出现裂纹,经对一未经过腐蚀试验的试验进行同样的弯曲,发现在熔合区也出现了裂纹,这说明裂纹不是由于晶间腐蚀造成的。

由上述试验可知,采用本文试验条件,焊缝及热影响区的耐腐蚀性较好能够满足一般条件下的耐腐蚀要求。

2结语

分析发现焊接电流在130A～194A,焊接速度在3.13～5.46mm/s,焊接电压19.7V～21.9V范围内,可以获得力学性能和耐腐蚀性较好的焊接接头。

参考文献

[1]肖桂华,等.不锈钢-碳钢复合管的生产技术[J].四川冶金,2000,1:58～59.

[2]吴立忠,等.我国复合钢管的现状及发展前景[J].中国建材装备,2002,2:13～14.

[3]王启珍,等.不锈钢复合管钨极自动电弧焊工艺[J].焊管,1997,20(6):43～45.

[4]顾建忠.国外双层金属复合钢管的用途及生产方法[J].上海金属,2000,22(4):16～24.