文档介绍：不锈钢焊接研究现状和发展趋势
摘要不锈钢具有多种优点,且焊接性良好,但是传统的焊接方法由于种种原因导致其接头缺陷严重,因此新的焊接方法的研发迫在眉睫。本文主要分析了不锈钢传统焊接方法的各种优缺点,进而对激光--MIG复合焊焊接不锈钢这一新的焊接方法做了一定的研究,分析了国内外的研究进展,并对其发展做了展望。
关键词不锈钢、激光--MIG复合焊、研究现状、发展趋势
0 引言
不锈钢由于其表面光洁,具有不锈和耐蚀性并有其他许多优良性能,在许多工业领域、装饰业以及日常生活中得到了广泛的应用。而近年来迅速发展起来的铁素体不锈钢由于其价格经济,综合性能优良和表面更加光亮等日益受到钢铁制造企业及用户的重视。
但是由于工艺不当、材料有缺陷等原因会对不锈钢焊接接头造成种种缺陷。如:焊接接头的脆化、焊缝的均匀腐蚀、接头的点蚀、应力腐蚀破裂、易产生热裂纹,由于导热系数小线膨胀系数大,易于形成联生结晶方向性强的柱状晶的焊缝组织,焊缝组织成分复杂[1]。以上问题都极大的限制了不锈钢的应用。于是发展新型焊接工艺尤其是新型的焊接方法迫在眉睫。因此各种各样新型焊种应运而生,如搅拌摩擦焊、激光焊等。此处我们的研究项目是激光焊接不锈钢。
1 不锈钢的焊接性分析
不锈钢作为现代工业中一种重要的材料,已有100多年的历史。因不锈钢具有高强度、可焊接性、抗腐蚀性、易加工性和表面具有光泽性等许多优异的特性,在宇航、化工、汽车、食品机械、医药、仪器仪表、能源等工业及建筑装饰方面得到了广泛而重要的应用。但随着石油化工工业、军事工业及海洋开发的迅速发展,对不锈钢提出了更高的要求,传统的不锈钢已经适应不了特殊行业和特殊功能领域的使用要求,因此,不锈钢材料也逐步向功能性和特殊性方向发展,出现了超级不锈钢和满足各种特殊功能要求的功能性不锈钢。
铁素体不锈钢含铬量在11%~30%,具有体心立方晶格结构,在使用状态下以铁素体组织为主。铁素体不锈钢与奥氏体不锈钢(如AISI304等)相比,具有强度高,冷加工硬化倾向较低,导热系数大、线膨胀系数小等优点。
传统的铁素体不锈钢由于钢中的C和N等间隙元素含量比较高,因此存在韧性差,耐蚀性和焊接性差等缺点,因此其应用范围极其有限。近年来,由于不锈钢精炼技术的发展,AOD、VOD等工艺的应用,已经能生产出低碳、氮和氧的超纯铁素体不锈钢,使得上述铁素体不锈钢的缺点得到了一定程度的改善并进一步发展了许多新的焊接性好、加工性能优良的新品种。这类铁素体不锈钢的特点就是中、高铬,不含或含少量镍,同时添加了有益金元素铌、钛、钼等该
类不锈钢成形性、耐蚀性和焊接性优良[2]。
奥氏体铬镍不锈钢的使用是最广泛的,良好的耐蚀性是这类不锈钢的特点,它也可被用于需要其低导磁率、良好的零下低温韧性、高的高温强度等场合。奥氏体不锈钢成功焊接的一个重要部分是通过选择焊缝金属的类型、焊接工艺和焊后热处理来控制其成分和显微组织。当这类钢的成分变得复杂、断面更大或使用条件要求更广时就会产生一系列的问题。为了解决这些问题,就需要有较多的冶金知识。虽然这些问题很少发生,但对材料的消耗和重要的焊接件来说,应尽早解决这些问题[3]。
2 不锈钢的焊接研究现状
不锈钢的手工钨极氩弧焊连接
手工钨极氩弧焊电弧热量集中且操作灵活方便,适宜应用于焊接情况复杂多变的石油、化工野外现场施工中。在焊接工艺上要求其采用短弧快速的小线能量焊接,尽量减小焊缝过热,以防止焊接接头应力腐蚀开裂和热裂纹的产生。因焊缝过热减小,也就相应减少了焊缝金属在敏化温度区停留的时间,焊接接头的晶间腐蚀倾向减小。
手工钨极氩弧焊焊接不锈钢使用的弧焊电源一般采用普通直流氩弧焊机,在条件允许的情况下最宜采用脉冲氩弧焊机。手工脉冲氩弧焊工艺对于不锈钢焊件的全位置焊、窄间隙焊以及要求单面焊双面成形的管件、薄件均显示出独特的优越性,是一种高效、优质、经济、节能的先进焊接工艺。
奥氏体不锈钢的热导率低,在同样的焊接电流下可获得比结构钢大的熔深。为了获得一定尺寸的焊缝,同时为了防止过热,焊接电流应比焊接普通低合金钢时小10%~20%,并且倾向于采用细直径的焊丝。这样既可达到所需的溶深,又使得焊道截面相对减小,即焊接电流的相对减小有利于提高焊缝抗裂性能[4]。
不锈钢的钎焊连接
钎焊(Soldering and Brazing):利用熔点比母材(被钎焊材料)熔点低的填充金属(称为钎料或焊料),在低于母材熔点、高于钎料熔点的温度下,利用液态钎料在母材表面润湿、铺展和在母材间隙中填缝,与母材相互溶解与扩散,而实现零件间的连接的焊接方法。较之熔焊,钎焊时母材不熔化,仅钎料熔化;较之压焊,钎焊时不对焊件施加压力。钎焊形成的焊缝称为钎缝。钎焊所用的填充金属称为钎料。钎焊过程:表面清洗好的工件以搭接型