不锈钢缆式焊丝气保焊熔敷特性及工艺性能研究

发布时间：2020-05-25 12:32

【摘要】：不锈钢作为现代工业中一种重要的材料,由于具有高强度、耐腐蚀和不易生锈等良好的性能,在诸多工业领域、军事领域及日常生活中得到广泛的应用。但在不锈钢的焊接中,常常伴随着接头点蚀、焊缝腐蚀、易产生热裂纹等缺陷问题,这是不锈钢焊接应用中最需解决的问题。在近年缆式焊丝的出现及其应用的研究,使缆式焊丝气保焊发展成一种成熟高效的焊接技术。缆式焊丝具有熔敷效率高、焊接电弧自旋转、节能等特点,在普通碳钢气保焊、埋弧焊中的运用已经成熟,多用于船体合拢、管道焊接等。制造一种新型不锈钢缆式焊丝,可以解决传统不锈钢单丝焊接中为避免热裂纹而需要控制热输入从而导致熔敷效率低以及药芯不锈钢单丝焊接中气孔多、熔池受热不均而导致晶间腐蚀的问题。为制备不锈钢缆式焊丝以进行熔敷效率及工艺性能试验,对缆式焊丝的基本参数、捻制流程及核心制造设备、捻制过程中的关键技术进行研究分析,并成功捻制出Φ2.4mm不锈钢缆式焊丝;其次使用Φ2.4mm不锈钢缆式焊丝和Φ1.2mm不锈钢实心焊丝进行平板堆焊试验,测试并计算出两种焊丝的熔化速度、熔化效率、熔敷速度、熔敷效率,对试验结果数据进行MATLAB拟合,对比同功率下两种焊丝的熔敷速度,并从理论分析缆式焊丝高效节能的机理;最后使用Φ2.4mm不锈钢缆式焊丝和Φ1.2mm不锈钢实心焊丝进行平板对接试验并取样,对接头的工艺力学性能进行测试和分析。研究结果表明:本试验使用的Φ2.4mm不锈钢缆式焊丝的捻制中最基本关键参数捻距选择22mm,可以保证其结构的紧凑且便于送丝;对不锈钢制造中松散性控制技术、成型和定径技术、残余应力消除技术的研究,解决了缆式焊丝结构松散、应力集中、变形大等问题;在保证同样焊接效率的条件下,Φ2.4mm不锈钢缆式焊丝的熔敷速度比Φ1.2mm不锈钢实心焊丝高约68%;同丝径的缆式焊丝比普通单丝高效的原因是在相同长度下,缆式焊丝外围丝的长度L_1比单丝的长度L长,且缆式焊丝的实际横截面积小于普通单丝,这导致相同电流流过时缆式焊丝的电流密度大,产生远大于普通单丝的电阻热,加快焊丝熔化;对Φ2.4mm不锈钢缆式焊丝和Φ1.2mm不锈钢实心焊丝进行平板对接试验,取样进行渗透、射线、拉伸、弯曲、冲击、晶间腐蚀、硬度和金相观察试验,结果表明Φ2.4mm不锈钢缆式焊丝气保焊的力学性能均达到标准规定。
【图文】：

晶间腐蚀

化形成临界浓度12%时，就会造成奥氏体不锈钢的晶间腐蚀[26,27]。晶间腐蚀如图1.1所示。图1.1 晶间腐蚀Fig.1.1 Intergranular corrosion造成晶间腐蚀的原因有很多：（a）腐蚀介质的影响。腐蚀介质的种类会影响奥氏体不锈钢中晶间腐蚀的产生以及腐蚀程度。一般酸性介质对奥氏体不锈钢晶间腐蚀的影响比较严重[28,29]。（b）加热温度及时间影响。长时间停留在敏化温度区会加剧贫铬现象，所以需要将焊接温度控制在400℃以下，以抑制Cr23C6的析出；或将温度提升到850℃以上以提高Cr的扩散速度，使C与Cr在晶界充分结合，从而防止晶间腐蚀发生[30]。（c）化学成分的影响。C含量增加，会增大奥氏体不锈钢产生晶间腐蚀的倾向。Ti、Nb与C的亲和力强，故在母材和焊接材料中加入Ti、Nb会避免Cr与C结合而造成贫铬现象，且Ti和Nb会促进双相组织的形成

示意图,焊丝,实物,横截面

点蚀是奥氏体不锈钢被氯化物侵蚀而在焊缝表面形成的小孔状的腐蚀坑，其是隐蔽性强、危险性大[36]。Cr、N、Mo等元素都能提高奥氏体不锈钢耐点蚀的性不锈钢中的显微组织，如硫化物、δ铁素体等，也会影响材料的抗点蚀性能；提高体表面的光洁度也能加强材料的耐点蚀能力[37,38]。1.3 缆式焊丝气保焊焊接技术1.3.1 缆式焊丝特点缆式焊丝是由多股细直径焊丝旋转绞合而成，其中一根焊丝位于中心位置，称中心丝，其余焊丝围绕中心丝绞合，称为外围丝。缆式焊丝有多种组合方式，每根丝直径可以相同可以不同，细丝可以是实心焊丝或者药芯焊丝，所以，缆式焊丝的成是复杂多变的，可以根据需要进行不同的搭配[40,41]。在这其中应用最广泛的为七缆式焊丝。缆式焊丝直径由细丝直径决定，可通过细丝直径的变化进行改变，如采7 根Φ0.8mm 细焊丝可以绞合成Φ2.4mm 的缆式焊丝。图 1.2 为几种缆式焊丝实物及面示意图。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG422.3

【参考文献】