不锈钢/碳钢层状金属材料焊接技术研究现状

刘勇+史媛媛+刘传乐

【摘要】 本文简单对焊接过程中的难点和主要问题进行了分析，以此为基础，详细的分析了我国目前在不锈钢/碳钢层状金属焊接技术上研究的现状，对具体的焊接方式、焊接之后的工艺、焊接缝隙的力学性能和组织、焊接过渡层及耐腐蚀性进行了重点研究，并对该焊接技术的未来发展趋向进行了分析。希望本文能够对相关人员的研究工作提供些许参考价值。

【关键词】 不锈钢/碳钢层状金属材料 焊接技术 工艺

现阶段我国科学技术的高速发展，使得既具有基层金属材料刚度和强度，又具有复层金属材料耐腐蚀性、耐热性、耐磨损性能的层状金属材料得到了较大范围的应用。和纯不锈钢板材料相比，不锈钢复合板能够降低成本、节约珍贵稀有的材料，所以这种不锈钢复合板在当今时代具有很大的市场优势和价格优势，已经大量的应用在船舶、电力、机械、化工等领域。但若想进一步促进这种不锈钢复合板的广泛应用，焊接技术就成为了最重要的一种连接工艺，也愈发受到社会各方面的重视。

一、焊接过程中的难点和应关注的问题

不锈钢或者碳钢在物理性能上的差别是焊接复合板时最应该考虑的因素，其次也要关注这两种材料的焊接性能。在表1中可以清楚的看到，碳钢的线膨胀系数大约为不锈钢的一半，但是热导率却大约是碳钢的3倍。在所有钢材中，碳钢是焊接性能最优秀的一种焊接材料，通常来说不锈钢也非常容易进行焊接，然而由于不锈钢自身的特点，在焊接接头非常容易产生大量的残余应力。在不锈钢进行熔焊的过程中，因为其中过热碳化物的溶解，在焊接的接头会产生热裂纹。

在不锈钢复合板的焊接過程中应该注意下面这些问题：一是对基层材料进行焊接时，应避免由Cr、Ni等合金含量的升高所导致的基层焊接缝隙中发生裂纹进而影响焊接之后的强度的现象；二是对复层材料进行焊接时，要避免发生增碳现象，防止其耐腐蚀性能受到影响，所以应该采取特殊的焊接方式；三是过渡层的焊接，也是最重要的焊接工艺。

二、目前不锈钢/碳钢层状金属在焊接技术上的现状

1、选择合适的焊接方式。针对手工电弧焊具有的局限性，部分学者采用了埋弧焊对基层进行焊接，对复层和过渡层均采取药芯焊丝融化级气体保护焊，并通过实践证明，这种焊接方式达到了使用的要求。而基于双相复合板焊接过程中面临的工艺参数问题，相关人员对不同焊接工艺的参数进行了分析比较，并通过完整的数学模型及复制技术对其进行了多元回归法发展，最终得到了满足的参数。总而言之，针对复合板的复层及过渡层焊接过程中容易发生的冷热裂纹、淬硬倾向、耐腐蚀性降低等现象，在焊接的方式和材料处着手，利用合理、科学的焊接工艺，才能够获得优秀的焊接的效果。

2、焊接之后的工艺研究。部分学者根据焊接之后产生的裂纹、氢含量过高、残余应力过大、耐腐蚀性降低等现象，对焊后的工艺处理进行了研究。首先针对焊后生成冷裂纹的现象，采取了焊前预热和焊后热处理等工艺。焊前预热能够显著降低淬硬程度，但是温度要适宜，在焊接过程中还需要对层间温度进行控制；而焊后的热处理工艺是为了降低氢含量，同时降低残余应力，进而保证焊后材料优异的性能和组织。而为了进一步提升耐腐蚀性，相关学者对焊接缝隙复层表面采取酸洗钝化的工艺进行改善，但是由于这种工艺有残留和渗氢的负面影响，为了避免这种影响，提出了运用抛珠的方式来改善层状金属的耐腐蚀性，并取得了良好的效果。

3、研究焊接过渡层。过渡层的焊接是不锈钢复合板焊接过程的难点，在此过程中，需要尽可能的让过渡层变薄，降低基层和复层的扩散速度。通过实验分析得出，可以采用以下措施解决过渡层的问题：一是利用阶梯V形坡口；二是严格遵守焊接工艺，采用小电流快速焊对过渡层进行焊接，对复层同样采取小输入；三是选择富含Cr、Ni的焊接材料进行焊接，以期控制过渡层的焊接质量，保证焊后强度。

4、研究焊接后的耐腐蚀性。复合板焊接之后在确保接头强度的前提下，还要保证复合板的使用性能，即耐腐蚀性。通关研究发现，焊缝区在不同的溶液中均具备很好的耐点腐蚀性能，并通过对其化学成分和组织的分析得出，在焊接接头处，合金元素的分布不均匀，稀释率比较大，在渗碳作用的影响下，焊接接头的晶间腐蚀敏感性会增加，组织分布不均匀，晶粒粗大，很容易加速基体的腐蚀速度。

结论：通过上文的分析可以清楚的看到：第一对不锈钢/碳钢层状金属进行焊接时，基层焊接方式一般采用氩弧焊、CO2气体保护焊、埋弧焊、焊条电弧焊等焊接方式，而复层和过渡层的焊接方式则大多采用焊条电弧焊或者氩弧焊，一减小融合比；第二在焊接材料的选择上，基层材料通常依据等强原则进行选择，复层材料通常按性能选择，过渡层材料通常选用Cr、Ni含量高的焊材。

参 考 文 献

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