张博
国家管网东部储运有限公司天津输油处 天津 300450
摘要：与传统的建筑材料如混凝土及钢材相比，不锈钢材料具有超强的耐腐蚀性、优良的力学性能以及突出的高、低温性能等，是一种理想的绿色建筑材料。近年来随着国内外学者对不锈钢力学性能研究的不断深入，越来越多的建筑表现形式呈现在大众视野中。焊接是常用的钢结构连接形式，根据焊接工艺不同，焊接可分为电弧焊、气体保护焊、电渣焊及等离子焊等，不同的焊接工艺对焊缝的力学性能有较大的影响。国内外学者已经较早地针对普通钢材角焊缝连接的力学性能进行了较为系统及深入的研究。
关键词：焊接工艺；不锈钢角焊缝连接；影响研究
引言
根据焊接工艺的加工原理，焊接过程中会对工件局部区域输入大量的热量以实现母材和焊材的融合，这是一种复杂的局部冶金过程，一旦焊接工艺处理不当，冷却后易产生较大的焊接残余应力，最终导致焊接结构的变形。从这个角度讲，如何使用合适的焊接工艺控制工件的变形，是当前焊接相关行业必须思考的问题。目前，不锈钢的连接最常用的方法就是焊接。在不锈钢的焊接过程中，有很多因素会影响焊接的质量，任何一个不合理的因素都会导致不锈钢结构的变形以及不锈钢本身材料的损坏。这些问题会严重影响焊接成品的质量，以致焊接成品的多项功能难以完全发挥，从而会降低焊接成品的实用性。因此，本文就焊接技术对焊接变形的不利影响进行了有目的研究，可以有效地减少不锈钢产品的焊接变形，提升焊接产品的质量。
1试件设计
手工电弧焊及氩弧焊是目前工程实际中较常用的焊接方式，手工电弧焊的原理为通过产生高温电弧将板件及焊条融化，焊条表面的药皮保护焊缝金属避免有害气体进入，而氩弧焊与手工电弧焊原理类似，只是在焊接时采用惰性气体氩气来阻隔有害气体。在实际应用中，手工电弧焊常用来焊接较大较厚板件，而氩弧焊则常用来焊接较薄及对外观有较高要求的结构。本试验共设计24个不锈钢角焊缝连接件，包含2种不锈钢材料(奥氏体型及双相型)、2种焊接工艺(手工电弧焊及氩弧焊)以及2种角焊缝类型(正面角焊缝及侧面角焊缝)。试件命名规则以AST-1及DTL-1为例，首字母A代表母材为奥氏体型不锈钢材料(D代表双相型不锈钢材料)；第二个字母S代表手工电弧焊(T代表氩弧焊)；末字母T代表正面角焊缝(L代表侧面角焊缝)；末尾数字代表该试件在本组试验中的编号，每组试验共包括3个试件。试件中不锈钢母材板厚均为14mm，手工电弧焊焊条分别采用E308型焊条(奥氏体型不锈钢母材)及E2209型焊条(双相型不锈钢母材)，焊条直径均为2.5mm。氩弧焊焊丝分别采用ER308型焊丝(奥氏体型不锈钢母材)及ER2209型焊丝(双相型不锈钢母材)，焊丝直径均为1.6mm。在试件设计时采用一端加强的方法来达到试验过程中控制焊缝破坏位置的目的，在进行试件焊接前，将焊接处的油污、水分等杂质彻底清除干净，为了防止不锈钢焊条受潮影响焊接质量，提前将焊条在300℃环境下烘烤1h。焊接完成后切除起落弧处焊缝，避免焊缝起落弧的影响。试件设计如图1所示。
.png)
2焊接技术对不锈钢焊接变形的影响
焊接方法的影响，随着国内工业水平不断的提升，人们对各种各样的工业产品的需求量也日益增大，从而推动了焊接方法的多样化发展。经过焊接研究者长时间的研究与实践，目前，已经具备了多样化的焊接方法，不同的焊接方法会对工件产生不一样的热输入。就不锈钢材料而言，不同类型的不锈钢材料受到温度的影响程度是不同的，而不锈钢焊接产生变形的重要原因是由于焊接过程中大量的热能输入造成产品上出现高温熔融区、热影响区以及母材的低温区，这些不同区域的不锈钢材料会因为不同的温度出现不一样的质量体积，在冷却后高温区呈现拉应力，低温区出现压应力，这些残余应力最终会导致焊接产品的变形。要选取合适的焊接工艺。
3加载仪器及测点布置
试验采用100t万能试验机进行加载，并通过DHDAS动态信号采集分析系统采集试验过程中各项数据，加载装置。通过布置导杆式位移计来监测焊缝的变形情况，导杆式位移计的初始标距为120mm，同时为了减小由于母材受力过大而影响角焊缝的受力，通过布置应变片来监测板件自身的变形情况，夹持端应变片对称布置以避免可能的荷载偏心带来的影响。
4做好焊前的准备工作
在不锈钢焊接过程开始之前，必须做好充分准备，才能够更加有效地避免不锈钢焊接产品变形情况的产生。充分的准备工作包括：（1）了解当前焊接的不锈钢构件之间的焊装要求以及各个不锈钢构建的基本材料特征，并对不锈钢构件进行结构分析和产品性能研究，确定不锈钢构件应该采用哪种焊接方法和焊接工艺进行焊接。同时，通过了解不锈钢材料构件的结构特征，确定应力集中区域和易变形位置，优化整个产品的焊接顺序，使产品整体呈现较为合理的应力分布，能够有效地减小不锈钢产品的变形；（2）对不锈钢产品的常见变形进行分析和研究，通过研究归纳出针对该不锈钢产品的预防变形的方案，并设计焊接过程中的变位器和焊接夹具，合适的焊接夹具可以避免焊接过程中的零部件因焊接应力发生位置改变，通过保证不锈钢构件的稳定性，防止不锈钢焊接构件的变形。夹具上的反变形定位可以在减少焊接残余应力的基础上保证焊接尺寸，防止不锈钢产品后续变形。
5焊接过程及注意事项
双相不锈钢薄板焊接过程与奥氏体不锈钢焊接方式基本相似，但应该注意以下几点：（1）焊前应将两板运用夹具夹紧，不允许留有间隙并防止在焊接过程中产生变形。（2）焊接时通常采用左向焊法，断续送丝，焊接时送丝应与焊枪移动相协调，其中脉冲电流用于熔化焊丝形成焊缝，基值电流为冷却熔池和保证电弧不熄灭；在焊接过程中要防止焊丝与钨极碰撞产生夹钨。（3）严格控制焊接温度与热输入。在焊接过程中，运用分中分段退焊法，每次焊接长度约为50~60mm，确保每段每道之间温度下降到100℃以下方可进行焊接。（4）注意起头、接头、收弧的处理。焊接过程中应运用起弧、焊接、收弧电流等功能，稍大的起弧电流能保证焊缝温度的快速上升，促使起弧熔合良好；焊接电流应与送丝熔化速度及焊接速度相匹配，接头处应用砂轮机磨薄成斜口以保证连接良好；收弧处须采用衰减或收弧功能，将弧坑填满，防止火口与弧坑裂纹产生。
结束语
本文基于不锈钢角焊缝连接试件的单调拉伸试验，重点考察了不同焊接工艺对不锈钢角焊缝连接力学性能的影响，主要结论如下：(1)所有试件均为角焊缝处破坏，电弧焊试件的焊缝破坏面较光滑，而氩弧焊试件的焊缝破坏面则呈现出不规则形状。(2)对于电弧焊试件，两种不锈钢材料侧面角焊缝的平均真实断裂角度为45.4°，正面角焊缝为32.8°；而氩弧焊试件，两种不锈钢材料侧面角焊缝的平均真实断裂角度为45.4°，正面角焊缝32.6°，这与我国《不锈钢结构技术规程》(CECS410:2015)[20]中的规定有所不同。
参考文献
[1]尚振一.冷焊接不锈钢操作技能与工艺分析[J].湖北农机化,2019(18):105-106.
[2]张万鹏,张高兰,张亚刚,杨耀彬,符利兵,牛爱军,韦奉.不锈钢高频焊管焊缝质量的影响因素[J].焊管,2019,42(09):1-5+11.
[3]徐仰凤,丁建军,单振扬,杨华平,石磊,田桂土.不锈钢药皮焊丝断弧焊焊接工艺[J].安装,2019(09):51-52.
[4]GB/T37778-2019,不锈钢激光焊接推荐工艺规范[S].
[5]阮波.试析焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响[J].中国设备工程,2019(16):164-165.