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隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)的不斷進(jìn)步，尤其是工業(yè)產(chǎn)品不斷更新，新材料不斷被研發(fā)，工業(yè)發(fā)展帶動(dòng)工藝實(shí)施手段，進(jìn)一步為人們提供源源不斷的創(chuàng)新產(chǎn)品，滿足當(dāng)下對(duì)靈活多變產(chǎn)品和新工藝的需求。因此，高強(qiáng)度、良好塑性且耐腐蝕性強(qiáng)的厚壁不銹鋼管材料在焊接中受到廣泛使用，但從經(jīng)濟(jì)角度考量，普通碳鋼鋼管的價(jià)格比厚壁不銹鋼管更便宜，在合適條件下也可以作為常用材料進(jìn)行加工制造。許多設(shè)計(jì)也可以使用普通碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管相結(jié)合，組成異種鋼接頭焊接。文章通過(guò)介紹普通碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管的對(duì)接情況，分析兩種鋼材的物理性能，制定科學(xué)的焊接方法，并研究焊接技術(shù)及工藝參數(shù)，對(duì)焊接過(guò)程和最終結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，得到兩種鋼材在焊接過(guò)程中的技術(shù)要點(diǎn)和變形控制方法。

關(guān)于普通碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管相結(jié)合的異種鋼焊接，在施工中需要嚴(yán)格控制焊接方式，采取正確的焊接手段，精確控制焊接工藝參數(shù)，再選用科學(xué)合理的焊接材料，就能達(dá)到異種鋼焊接接頭的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，普通碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管這兩種不同的鋼材在制造維修過(guò)程中也有應(yīng)用，且得到了優(yōu)質(zhì)的焊接接頭及整體使用效果。文章在了解厚壁不銹鋼管和普通碳鋼鋼管的性能后，通過(guò)介紹兩種鋼材的焊接性能，分析焊接問(wèn)題，希望對(duì)異種鋼焊接的焊接技術(shù)進(jìn)行提高；研究施工過(guò)程中需要控制的重點(diǎn)，為今后異種鋼焊接的設(shè)計(jì)維修提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1焊接性能分析

在鋼中適量添加鉻、鎳及少量鉬、鈦、氮等元素可以形成超低碳的厚壁不銹鋼管，多種金屬元素的加入能夠在金屬表面形成抗氧化的薄膜，避免金屬與環(huán)境發(fā)生氧化反應(yīng)，保證金屬的耐腐蝕性能，并提高金屬的塑性韌性等特質(zhì)。

另外添加金屬形成合金薄膜也能提高厚壁不銹鋼管的機(jī)械性能和焊接性能，幫助金屬形成更穩(wěn)定的焊接特性，選用碳鋼鋼管時(shí)也要選用Q235-A碳鋼鋼管，該碳鋼鋼管的含碳量較低，具備較好的加工性能和焊接性能。焊接產(chǎn)生變形也與焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)，焊接材料的性能和焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是影響變形最主要的原因。

約束度加大，焊接產(chǎn)生的變形隨之減小。在整體焊接過(guò)程中構(gòu)件的約束度隨著焊接的進(jìn)行而改變，這種變化沒(méi)有任何規(guī)律。而焊接過(guò)程中除了構(gòu)件受到約束度影響，還有外界的約束導(dǎo)致焊接效果受到影響。因此在焊接中，復(fù)雜的構(gòu)件自身產(chǎn)生的約束作用對(duì)焊接的影響占據(jù)主要部分，外界約束產(chǎn)生間接影響，兩種約束相互影響產(chǎn)生不規(guī)則變化會(huì)隨著焊接進(jìn)程而不斷變化。為降低不規(guī)則變化對(duì)焊接過(guò)程影響，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需提高穩(wěn)定性，主要采用加強(qiáng)板或加強(qiáng)筋的方式，也能提高焊接結(jié)構(gòu)的剛性。這種做法也會(huì)導(dǎo)致焊接的工作量增多，甚至導(dǎo)致約束度變化更大，焊接的不確定性因素增多，因此要慎重使用，運(yùn)用得當(dāng)才能減少焊接變形。

2材料的焊接條件

焊接就是將兩種不同物理性質(zhì)的材料相連，因此兩種不同材料的分子構(gòu)成之間的作用力是影響焊接連接是否成功的本質(zhì)。當(dāng)焊接的金屬材料在固體狀態(tài)或液體狀態(tài)下都能相互融合時(shí)，焊接連接的性能即呈現(xiàn)良好狀態(tài)。當(dāng)焊接的金屬只有在液體狀態(tài)下互溶，在固體狀態(tài)下互溶程度受到限制時(shí)，焊接后的性能受到兩種金屬材料過(guò)渡狀況的影響。焊接連接也可以由合金組成，這種合金必須能形成金屬化合物，焊接性能會(huì)受到合金形成的金屬化合物的脆性影響。當(dāng)焊接需要的兩種金屬在固體狀態(tài)和液體狀態(tài)下都不能相互溶和或只能微量融合，則這兩種金屬無(wú)法形成有效的焊接連接。因此，運(yùn)用科學(xué)的焊接方法，選取合適的焊接金屬材料，才能獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。

焊接產(chǎn)生變形不僅與材料屬性有關(guān)，構(gòu)件也會(huì)受到材料的物理性能影響進(jìn)而產(chǎn)生變形，尤其是材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)，當(dāng)該系數(shù)較小時(shí)，焊接就會(huì)產(chǎn)生明顯的變形。而材料的力學(xué)性能也會(huì)對(duì)焊接產(chǎn)生較為復(fù)雜的變形。尤其是材料受熱膨脹對(duì)變形的影響，當(dāng)材料受熱膨脹表現(xiàn)明顯時(shí)，焊接變形的發(fā)生率隨之升高。當(dāng)焊接處于高溫狀態(tài)時(shí)，材料的屈服極限產(chǎn)生變化，并隨溫度逐漸升高而影響焊接的變形，而材料的彈性模量同樣受到溫度的影響。當(dāng)彈性模量隨著溫度上升而加大時(shí)，焊接的變形會(huì)隨之減小。而當(dāng)溫度上升引發(fā)屈服極限上升時(shí)，導(dǎo)致殘余應(yīng)力的升高，焊接的變形加大，構(gòu)件材料會(huì)在多種誘發(fā)因素影響下發(fā)生塑性變形，甚至斷裂。

3焊接中的主要問(wèn)題

厚壁不銹鋼管和碳鋼鋼管的含碳量差距較大，將兩種材質(zhì)的鋼材進(jìn)行焊接即為異種鋼焊接。但厚壁不銹鋼管相較于碳鋼鋼管，其導(dǎo)熱性較差，因此直接從高溫驟冷致使大量裂紋出現(xiàn)。焊接是冷熱循環(huán)的過(guò)程，厚壁不銹鋼管的熱傾向比碳鋼鋼管大，導(dǎo)致在焊接冷卻過(guò)程容易出現(xiàn)塑性變形，因此，使用兩種材料進(jìn)行焊接時(shí)必須考慮以下問(wèn)題。

3.1熔點(diǎn)的差異

碳鋼鋼管與厚壁不銹鋼管這兩種金屬的熔點(diǎn)不同，尤其是材質(zhì)不同的碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管之間，差距較大的熔點(diǎn)導(dǎo)致晶體的擴(kuò)散不一致，導(dǎo)致焊接的性能變化較大。兩種金屬中低熔點(diǎn)的金屬量流失較多，在焊接過(guò)程中出現(xiàn)燒損，形成高質(zhì)量焊接接頭的可能性降低。

3.2熱導(dǎo)率和比熱容的差異

異種金屬焊接也要受到導(dǎo)熱率和比熱容的影響，這兩種物理性質(zhì)又對(duì)被焊材料熔化、熔池的形成產(chǎn)生影響，同時(shí)導(dǎo)熱率影響著焊接過(guò)程中形成的溫度場(chǎng)，比熱容影響焊縫結(jié)晶的形成過(guò)程。測(cè)量發(fā)現(xiàn)厚壁不銹鋼管的導(dǎo)熱效率是碳鋼鋼管的三分之一，這樣巨大的導(dǎo)熱差距致使兩種金屬不在同一時(shí)間熔化，導(dǎo)致形成的熔池時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，與金屬的結(jié)合不足，無(wú)法形成合格的焊縫結(jié)晶，影響焊縫接頭。

3.3線膨脹系數(shù)的差異

碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管的線膨脹系數(shù)也具有較大差距，這種差距會(huì)導(dǎo)致焊接后的冷卻時(shí)長(zhǎng)不一致，焊縫的收縮程度也不同，致使焊接的接頭應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，促使裂紋的產(chǎn)生，嚴(yán)重甚至?xí)�出現(xiàn)金屬脫落狀況。

3.4電磁性的差異

碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管的電磁性不同，也會(huì)導(dǎo)致焊接產(chǎn)生的電弧不穩(wěn)定，影響焊接質(zhì)量，嚴(yán)重情況為電弧燃燒不充分導(dǎo)致焊縫缺陷的形成。

3.5形成脆性化合物

兩種物理性質(zhì)不盡相同的金屬在焊接過(guò)程中容易形成各種脆性的金屬化合物，這些脆性化合物會(huì)影響焊接成品的力學(xué)性能，甚至導(dǎo)致焊縫的塑性下降。

4焊接要點(diǎn)控制措施

4.1選擇焊接材料

碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管的焊接接頭的化學(xué)成分由填充金屬?zèng)Q定，在分析兩種金屬的焊接性能后，需要調(diào)整焊縫金屬，控制碳鋼鋼管中碳的含量，確保金屬性能，保障焊縫具有一定的抗裂性能，使焊接后的成品性能得到保證。另外，焊接材料的儲(chǔ)存需嚴(yán)加管理，在使用焊接材料時(shí)做好準(zhǔn)備工作，提前烘焙焊接材料并及時(shí)發(fā)放。焊接設(shè)備增多且種類增加，因此使用方法增多且需要使用人員具備較高的焊接技術(shù)，并配足輪換焊接工作人員，甚至需要設(shè)立焊接準(zhǔn)備工作的部門協(xié)助焊接人員做好焊接準(zhǔn)備工作。焊接準(zhǔn)備工作包括設(shè)備裝置的合理布置，檢查設(shè)備的損耗率及故障發(fā)生率，使用前檢查零件使用情況，及時(shí)補(bǔ)充需要的零件，記錄設(shè)備使用狀況并做好設(shè)備維修保養(yǎng)記錄，按照要求檢驗(yàn)焊材是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并備足焊接所需的各種用料。

安排合適的焊接前準(zhǔn)備工作和焊接順序不僅能提高工作效率，也能避免焊接材料產(chǎn)生變形。在焊接零部件裝配時(shí)，拆分整體結(jié)構(gòu)，分解為簡(jiǎn)單施工的部件和復(fù)雜施工的部件，分開焊接。最后組裝焊接成整體，降低脆弱焊縫對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，給變化大的焊縫足夠空間收縮，降低整體不規(guī)則變化影響焊接質(zhì)量。拆分焊接將不規(guī)則焊縫進(jìn)行分開處理，降低其對(duì)整體的影響，降低這種大焊縫對(duì)整體構(gòu)件的危害，以上劃分焊縫的方式也應(yīng)該由焊接難易度進(jìn)行區(qū)分。

4.2焊接操作方法

影響焊接變形的是材料、結(jié)構(gòu)和工藝，這也是影響焊接產(chǎn)生變形的三個(gè)主要因素。在材料選擇已經(jīng)固定的情況下，焊接的變形主要受到設(shè)計(jì)情況和施工工藝的影響。當(dāng)設(shè)計(jì)科學(xué)合理時(shí)，提高施工工藝是減少焊接開裂和變形最有效的方式。但當(dāng)設(shè)計(jì)不合理時(shí)，施工工藝就會(huì)相應(yīng)的提高難度和復(fù)雜程度，不僅降低工作效率，延緩生產(chǎn)需要的時(shí)間，也產(chǎn)生了材料浪費(fèi)提高生產(chǎn)成本。因此在焊接操作上，主要在設(shè)計(jì)和施工工藝上控制焊接過(guò)程的變量。

首先是焊接設(shè)計(jì)方面可以采取的措施。通過(guò)對(duì)焊縫進(jìn)行尺寸和形式的設(shè)計(jì)降低焊接變形。焊接需要的工作量和最終呈現(xiàn)的焊接產(chǎn)品系變形情況受到最初焊縫尺寸選擇的影響。當(dāng)焊縫尺寸選擇過(guò)大時(shí)，焊接時(shí)需要的工作量加大，最終成品的變形也隨之增大，必須在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)能承受荷載固定的情況下，在設(shè)計(jì)選擇之初采取小尺寸焊縫。丁字接頭和十字街頭能受到荷載較大。因此強(qiáng)度固定的情況下，可以選擇開坡口焊縫。相較于常見(jiàn)的角焊縫來(lái)說(shuō)，這種焊縫能降低焊縫的金屬，進(jìn)而降低焊接的變形。在焊接技術(shù)未得到提升時(shí)，焊接設(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)選用大焊縫，原因是缺少對(duì)焊縫的了解，這種選擇也會(huì)導(dǎo)致大焊縫影響焊接效果，焊接產(chǎn)生變形。焊接設(shè)計(jì)之初要盡量避免設(shè)計(jì)過(guò)多焊縫，通過(guò)選擇合適的筋板，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過(guò)程中選擇固定的筋板形狀，并合理設(shè)置筋板位置，盡量降低焊縫存在設(shè)計(jì)數(shù)量，減少過(guò)度焊接保護(hù)產(chǎn)品的焊接量達(dá)到減少變形的目的。除了減少焊縫避免焊接變形的方式外，還可以通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)設(shè)計(jì)焊縫的焊接位置，通過(guò)合理設(shè)計(jì)將焊縫安置在截面上，并盡量在中軸附近，這些焊縫的位置可以降低對(duì)結(jié)構(gòu)的變形影響。

其次是在工藝選擇上采取措施減少焊接變形。焊接產(chǎn)品過(guò)程中需要進(jìn)行的一系列措施叫做工藝措施，主要有焊接前的預(yù)防，焊接過(guò)程的質(zhì)量控制以及焊接后的糾偏措施。在實(shí)際施工過(guò)程中，有些步驟可以減免，但這種理論設(shè)計(jì)在實(shí)踐中與真實(shí)焊接情況具有一定偏差，畢竟焊接是一個(gè)存在變量隨時(shí)變化的過(guò)程，不僅是簡(jiǎn)單的零部件搭配，而是有目的的將構(gòu)件組裝成成品并產(chǎn)生一定效果。這個(gè)過(guò)程需要將部件進(jìn)行焊接組裝，也就需要進(jìn)行焊接工藝設(shè)計(jì)，因此事前準(zhǔn)備，進(jìn)程控制和事后糾偏是理論上對(duì)整個(gè)焊接過(guò)程的質(zhì)量控制。

4.3焊后處理與檢驗(yàn)

焊接工作完成后，及時(shí)進(jìn)行焊后熱處理，焊后熱處理的作用有消除焊接殘余應(yīng)力、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸。細(xì)化晶粒減少畸變，改善母材焊接接頭的性能，包括提高焊縫金屬的塑性降低熱影響區(qū)硬度，提高韌性改善疲勞強(qiáng)度，提高抗應(yīng)力腐蝕的能力。進(jìn)一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，尤其是氫，防止延遲裂紋的發(fā)生。待冷卻到室溫進(jìn)行焊縫質(zhì)量的檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)焊縫存在氣孔或裂紋等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，該焊接成品無(wú)法正常使用，因此焊后檢驗(yàn)是焊接的最后一道工序，關(guān)系到產(chǎn)品的使用性能和真實(shí)壽命，焊后檢驗(yàn)最主要的工作就是檢驗(yàn)焊接接頭的性能。這種檢驗(yàn)主要是事后控制，如果發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題只能返工，對(duì)于減少材料浪費(fèi)節(jié)約施工進(jìn)度方面并無(wú)貢獻(xiàn)，因此事前控制是提高焊接技術(shù)最重要的步驟，在實(shí)際焊接過(guò)程中需要對(duì)三個(gè)階段的質(zhì)量控制嚴(yán)格執(zhí)行，保障焊接變形在可控范圍之內(nèi)。

5結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章通過(guò)探討碳鋼鋼管和厚壁不銹鋼管的異種鋼焊接性能，對(duì)焊接技術(shù)在事前、事中、事后三個(gè)階段的質(zhì)量控制提出建議，希望在材料選擇。施工工藝改進(jìn)及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面做出提高，從而提高焊接技術(shù)減少焊接變形，希望為異種鋼的焊接提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。