焊接工艺对普通不锈钢弧形薄板与碳钢厚板角焊缝焊接的影响分析

邓文广

摘要：随着市场经济的高速发展，对于焊接工艺的运用也越来越成熟，促使焊接技术也得到了快速发展，焊接工艺被运用于诸多行业建设之中，然而，由于设计成本等原因，通常会用到不锈钢弧形薄板与碳钢焊接厚板进行管板式角焊缝焊接。由于两种材料的成分不同，焊接性能也不一样。当两种金属材料开展焊接时，由于两种材料热膨胀率、导电率均等差别较大，会产生焊缝裂纹、焊缝背面氧化过烧严重等焊接技术问题。

关键词：焊接工艺；不锈钢；碳钢

我们不难看出焊接工艺对不锈钢焊接变形的重要影响，如何解决焊接变形问题，是焊接工艺面临的在不锈钢加工过程中，焊接工艺是较为常用的加工手段，其工艺水平直接决定着不锈钢的质量，但在实际的焊接过程中，存在诸多影响因素，导致不锈钢经常出现变形现象，严重影响着其使用性能的发挥，鉴于此，本文就焊接工艺中对不锈钢焊接变形起到作用的因素进行分析，并提出了几项行之有效的措施，以期避免变形现象的发生，从而确保不锈钢良好性能的发挥。

一、1Cr18Ni9Ti和20#钢的性能分析

本文主要研究2mm～5mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢弧形薄板与大于25mm～50mm的20#钢厚板进行角焊缝手工钨极氩弧焊焊接的一般状态，重点研究焊接工艺的可行性。

（一）材料焊接性分析

1.1Cr18Ni9Ti不锈钢性能

1Cr18Ni9Ti不锈钢为奥氏体钢，其中主要合金元素以铬镍为主。一般奥氏体钢的通常铬含量较高，增加含铬量可提高其对一般酸的耐腐蚀能力。奥氏体不锈钢主要靠镍来完成奥氏体化，在此基础上，有时用少量锰与氮部分取代镍。在奥氏体钢中可通过加入钛或铌，或把含碳量Wc降至0.03%及以下，达到碳的稳定化，可以防止出现晶间腐蚀。

1Cr18Ni9Ti不锈钢热膨胀率、导电率均与碳钢及低合金钢差别较大，且熔池流动性差，由于Cr元素含量較高，焊接时极易氧化，故成形较差。

2.20#钢性能

20#钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%。

20#钢属于普通碳素钢，在焊接接头过热区容易产生变形，具有明显的塑性变形，具有良好的焊接性。

二、20#钢与不锈钢焊接特点分析

不锈钢的热导率为碳钢的1/3，相比碳钢，不锈钢焊接时，焊接熔池的热量传导速度比碳钢要低得多，先焊的焊接熔池对后焊的不锈钢母材的预热作用明显，在同样的焊接工艺参数下，不锈钢母材的熔化速度比碳钢母材的熔化速度要快。当采用手工钨极氩弧焊时，由于焊缝背部的高温金属无法进行有效保护，焊缝背部的高温金属与空气中的氧产生剧烈反应，会导致焊缝根部的严重氧化和烧损。如图1所示，由于材料为2mm～5mm的弧形薄板，会导致焊缝位置应力集中，产生变形。

三、焊接工艺研究

本次试验采用厚度3mm的1Cr18Ni9Ti板材和厚度32mm的20#钢的厚板，采用手工钨极氩弧焊固定焊接。

（一）焊前准备

1.将焊接位置及周围10 mm内用专用砂轮或不锈钢丝刷将氧化层清除干净，修磨出金属光泽。并用丙酮和无水乙醇去除其表面油污、水分、灰尘等有害物质，防止硫、铅、磷或低熔点杂质混入熔敷金属中。

2.焊缝背面充氩气进行保护。

（二）焊接工艺研究

为了获取较好质量和合适的焊接参数，共开展了四组试验。其中定位焊及焊接方法一致，主要为参数及环境的变化。

1.试验参数及过程

采用φ2.0mm的Wce-20钨极，钨极伸出长度4?6 mm，喷嘴直径12 mm，焊丝为H1Cr1 8Ni9Ti，直径为φ2.5，焊接电流为80?10A，电弧电压为12?14V，使用纯度为99.99%的氩气，气体流量正面为8?12L/min、背面为8?15L/min，环境湿度为65%。通过不同的预热温度，考察焊接成型情况：（1）预热温度150℃；（2）预热温度200℃；（3）预热温度300℃；（4）预热温度400℃。

2.焊缝成型情况对比：

参数1：焊接完成后观察，焊缝成型较差，局部焊缝中心偏碳钢位置有裂纹。放置约1h后，焊缝总长超70%出现裂纹，使用木榔头敲击后裂纹扩展。焊缝横向剖面有未焊透情况，贯穿性裂纹。

参数2：焊缝成型较好，局部有裂纹，放置约1h后，焊缝间断出现总长约30%出现裂纹，使用木榔头敲击后裂纹扩展。

参数3：焊缝成型较好，无裂纹，放置约12h后，焊缝未产生裂纹。

参数4：焊缝成型较好，无裂纹，放置约12h后，焊缝未产生裂纹。

四、结语

在异种金属焊接时应注意以下几个方面：做好焊前清理，定位焊焊点要均匀，选择合适的电流，做好焊缝反面保护，同时应重点选择合适的预热温度。

总之，异种金属焊接工艺选择对焊接质量至关重要，需要多次试验，确定最佳参数。科学、合理地制定工艺方案，才能焊接出最优质的产品。

参考文献：

[1]闫君.焊接工艺对不锈钢焊接变强化性能的影响[M].北京， 2010

[2]林企曾，李成.迅速发展的中国不锈钢工业[J].钢铁，2007.