不锈钢复合板的开发及其焊接工程中的应用

发表时间:2021/4/29   来源:《科学与技术》2021年29卷3期   作者:吴福兴
[导读] 随着社会经济与科学技术的发展,我国各领域对不锈钢复合板需求
        吴福兴
        沈阳墅美天成建筑装饰工程有限公司
        
        摘要:随着社会经济与科学技术的发展,我国各领域对不锈钢复合板需求量逐渐增加,作为基础材料,不锈钢复合板既沿袭了不锈钢的优势,也具有低合金钢的良好性能,并且相对于上述二者而言,不锈钢复合板的开发有利于基础材料经济成本控制。现阶段,不锈钢复合板在船舶工程、石油化工、海洋工程、建筑行业、电力行业、交通行业以及人们日常生活中得到广泛应用,受到业内人士青睐,其发展前景十分可观。因此,本文我们将以不锈钢复合板制备工艺现状为出发点,具体分析不锈钢复合板在焊接工程中的应用,以期掌握复合板焊接技术应用难点。
        关键词:不锈钢复合板;开发;焊接工程;应用
        众所周知,我国地大物博,各种金属材料应有尽有,但铝和镍金属矿在我国数量较少,可供开采资源有限,而铬金属是不锈钢生产的主要材料,所占含量达到10%以上。铬的大量使用会增加不锈钢生产和使用成本。根据相关部门统计数据显示,由于铬镍等合金价格得不到控制,从而纯不锈钢材料成本大幅度提升,而不锈钢复合板代替纯不锈钢材料,能够有效解决这一问题,成本方面节约45%左右。由此可见,不锈钢复合板的开发和应用具有节约材料、改善环境、提升性能等显著优势。
        1·不锈钢复合板开发技术
        1·1爆炸复合技术应用原理
        爆炸复合技术应用原理是,将爆炸产生的化学能向机械能转化,受到高速和高压作用,基层和复层原子结合在一起,这种技术形式既有利于不锈钢复合板开发成本控制,也进一步满足了工业生产需求,在近年来得以高速发展,该项技术对复合板的应用和推广也具有重要意义。 不锈钢爆炸焊界面结合强度要求较高,小范围内元素迅速扩散,从而不利于金属化合物的形成,通过相关不锈钢爆炸焊研究可以了解到,炸药爆炸荷载产生的冲击作用于界面处晶粒,使其被拉长。针对碳钢不锈钢爆炸焊接复合板界面研究期间,我们发现复合板大波状结合界面下,复合板力学性能并未明显变化,之后微观融化现象在结合界面出现,并且形成扩散过渡层[1]。但是,实际应用期间,该焊接方式存在污染性大、场地限制等不足之处,无法实现大规模生产。
        1·2直接轧制复合技术应用原理
        首先,热轧复合技术工使用过程中,采取加热和塑形变形方式,实现金属表面互相接触原子间高度扩散目的,进而达到冶金结合,该项技术具有应用广泛、生产效率高的优势,但是其缺陷也十分明显,如碳钢中的碳容易扩散至不锈钢,碳钢一侧的脱碳层和不锈钢一侧的增碳层在结界处产生,对其力学性能造成不利影响。因此,我们可以将镍等作为隔离剂加入到两块复合板之间,起到但过度阻断作用,以防氧化及上述情况的发生。
        其次,冷轧复合技术指的是在轧制压力下,两种金属结合面与原子之间距离接近,形成局部轧合点,这种方法应用期间,需要通过扩散退火促进复合界面性能提升。由于不需要提前加热复合板材,从而具有生产缓解简单的优势,并且施工流程对复层耐蚀性和基层力学性能,造成的影响较小。但是,这项技术的应用对轧机负载能力提出了更高的要求,同时需要注意,不锈钢复合板可逆冷轧时,首道次压下量应控制在30%以内,超过标准量则视容易造成预轧复合板破坏[2]。
        1·3浇筑复合技术应用原理
        采用模铸法制备不锈钢复合板期间,应将隔离剂涂抹在两块不锈钢板上,确保四周焊合,检查焊接部位是否有缺陷,之后在熔融的碳钢或低合金金属溶液中浸入不锈钢板,复合板铸模基本完成,之后在隔离剂处将其拨开,形成两块复合板,该技术在不锈钢复合板生产中广泛应用。其中逆向凝固法下,可以制成双面不锈钢复合带,制作期间在不锈钢金属液中浸入低合金钢,使其从里至外凝固,这种方法近年来受到人们青睐,与现代连铸技术相比,也具有节约成本、缩短工艺流程的优势[3]。

最后,电磁连铸法在我国的研究起步较晚,该方法是通过洛伦兹力,分离不锈钢熔融液体和碳钢熔融液体,之后利用结晶器冷却功能,上部熔池中的钢液凝固为复合钢坯外层,下部熔池钢液凝固在外壳里面,成为复合钢坯内芯。
        2·焊接工程中不锈钢复合板的具体应用
        奥氏体不锈钢复合板耐腐蚀性能与综合力学性能较高,石油化工日常工作期间,油管和管道中得以应用,同时复合板具有良好的耐腐蚀性能和爆炸焊接性能,能够在电厂电站中烟气脱硫等腐蚀环境下应用,目前奥氏体不锈钢复合板在不锈钢复合板市场中,占有重要地位。其次,铁素体不锈钢复合板生产,具有成本低廉的特点,在加氢裂化装置罐式容器筒体中应用较多,但其应用普及性远不及奥氏体不锈钢复合板。马氏体不锈钢复合板具有高耐磨性、高硬度及高强度性能特点,但其焊接工艺流程繁琐,需要经历预热、焊后热处理环节,对于焊材韧性要求较高。如果生产条件无法进行预热和焊后热处理,那么将进一步提高焊接工艺要求,确保焊接评定满足复合板性能要求,经一定条件退火后,焊接接头强度有所降低,复合板整体塑性提升。
        3·不锈钢复合板连接技术
        3·1焊接要点
        焊缝材料由三部分组成,分别为过渡层焊缝、基层焊缝和覆层焊缝,在同一个焊缝中,有不同焊材结合在一起,其力学性能和热学性能不尽相同,如奥氏体不锈钢的线膨胀系数大于碳钢,而热导率则低于碳钢很多。因此,焊接后容易存在变形和残余应力问题,甚至出现焊接裂纹问题,在低熔点共晶体、热应力等共同作用下,过渡层熔合线部位纵向裂纹出现,生产单位需要通过预热解决此问题。同时,过渡层干菜中具有一定Cr、Ni,从而焊接过程中,受到热循环作用,过渡层焊接元素会向基层焊缝部位扩散,致使基层Cr、Ni元素含量增加。根据相关研究表明,元素扩散情况下,焊缝扩散位置产生类马氏体组织[4]。
        3·2焊接工艺要点
        在一般情况下,不锈钢复合后半基层金属焊接方式包括埋弧焊、焊条电弧焊等等,覆层金属通常采用钨极氩弧焊、焊条电弧焊、熔化极惰性气体保护焊等方式。研究填充金属过程中,应结合板厚和结构因素综合考虑,反之则容易发生应力应变增加问题,因此焊接坡口的选择对焊接质量具有直接影响,开发、研究单位应严格遵守《不锈钢复合钢板焊接技术要求》相关规定,开展具体工作,确保不坡口焊接过程中,基层和覆层的焊接互不干扰,过渡层明显,从而实现稀释率问题的控制。
        总结语:
        综上所述,经过相关研究发现,相对于纯不锈钢材料而言,不锈钢复合板材料具有更好的耐腐蚀及强度性能,目前在海洋工程、矿山机械、电力行业等领域得到广泛应用,使不锈钢产业在激烈的市场竞争下占有一席之地。不锈钢复合板开发过程中,其复合方法研究较为成熟,轧制复合法和爆炸复合法应用更加便捷,特殊复合材料焊接,涉及到复杂的加工工艺,我们应加强过渡层焊缝的设计和优化工作,这样才得以确保焊接整体质量。本文我们对不锈钢复合板开发技术及其连接技术进行了具体分析,希望能够为专业人员研究提供一些参考。
        参考文献:
        [1]张保林, 宋丽平, 燕样样,等. 304/Q345R不锈钢复合板焊接工艺与焊接缺陷分析[J]. 南方农机, 2019, 050(023):35-36.
        [2]张宝军, 赵毅霞. 超薄钛/钢复合板爆炸工艺的试验与研究[J]. 科学技术创新, 2020(27):27-28.
        [3]陈凯, 马勇, 何尧,等. C276/304L爆炸焊接复合板界面熔化区微观组织及形成过程[J]. 精密成形工程, 2020, 012(002):67-71.
        [4]曾周燏, 李东晖, 王青峰. 铁路桥梁用轧制不锈钢复合板的应用性研究[J]. 现代冶金, 2019, 047(001):11-16.
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