316L不銹鋼應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)件的研究

何莎

摘要：316L焊接性能、結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛，在制作大型結(jié)構(gòu)件時，不但要保持一定的剛性和強(qiáng)度，又要取得良好的外觀和質(zhì)量，在焊接過程中會產(chǎn)出許多不確定因素，如鋼板的彎折對接，結(jié)構(gòu)不對稱，焊縫布置多且長，對于薄板而言變形尤為明顯。為了使不銹鋼焊接變形得到控制，研究了一系列控制變形的措施，使不銹鋼焊接既美觀又牢固。

關(guān)鍵詞：焊接變形;不銹鋼;工藝參數(shù);過程控制

0? 引言

316L具有良好的焊接性能，可采用多種焊接方法進(jìn)行焊接?？估瓘?qiáng)度485MPa，屈服強(qiáng)度170MPa，伸長率30%，主要用于設(shè)備、管道、框架結(jié)構(gòu)件等，但316L薄板（4～6mm）用于大型殼體結(jié)構(gòu)件時，由于尺寸龐大容易產(chǎn)生焊接變形、外觀表面缺陷等問題。為避免這種情況，采取措施是必須的，焊接工藝必須進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和變革。通過分析焊接變形的原因，制定一系列控制焊接變形的措施，以得到較好的焊接質(zhì)量。

1? 不銹鋼框架件焊接過程產(chǎn)生變形的原因

1.1 焊縫尺寸大小及數(shù)量

由于大型殼體結(jié)構(gòu)件多數(shù)是要拆分成多塊板料拼接而成，焊縫數(shù)量較多，由于縱向撓曲變形和總收縮應(yīng)力具有密切聯(lián)系，因而焊縫的尺寸面積大小與撓曲變形具有一定關(guān)聯(lián)，具體來說就是整體縱向收縮應(yīng)力和縱向上的撓曲變形具有一定的函數(shù)關(guān)系。由具體的公式得知，縱向的撓曲變形和總縱向收縮應(yīng)力之間以及焊縫金屬的斷面面積成正比關(guān)系。

1.2 焊接熱輸入

316L不銹鋼的導(dǎo)熱性差，焊接熱輸入對變形的影響尤為明顯，焊接時由于溫度升高，材料的屈服應(yīng)力極限會驟然下降，在彈性熱應(yīng)力超過屈服極限時就會形成熱壓縮。在材料冷卻時，焊縫區(qū)受到周圍環(huán)境區(qū)域不同的溫度場影響后會產(chǎn)生不均勻收縮，從而導(dǎo)致變形。

2? 研究焊接工藝參數(shù)有效控制焊接變形

2.1 選擇合適的焊接材料

焊接材料一：實(shí)芯焊絲YB/T5092-2005 H03Cr19Ni12Mo2Si ？覫1.2，焊接材料二：藥芯焊絲GB/T17853-1999 E316LT1-1 ？覫1.2，兩種焊接材料均為316L焊接常用材料，試驗(yàn)不同的焊接電流、電壓、送絲速度、焊絲直徑等對焊縫成型的影響。采取焊接試驗(yàn)接頭的形式對兩種材料實(shí)施MIG焊接，比較焊絲對焊接的影響。

焊絲選用既要保證成分接近，又要滿足強(qiáng)度要求，還要在自動送絲機(jī)上能順利送進(jìn)，進(jìn)行MIG焊接，但成分完全相等的焊絲很難找到，又沒有必要，有時甚至效果相反。一般來講，填充金屬的選擇主要考慮所溶敷焊縫的金相組織。綜上因素，316L不銹鋼板選用焊絲為H03Cr19Ni12Mo2Si。

2.2 選擇合理的焊接設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備一：雙脈沖焊機(jī)YD-350GL4，試驗(yàn)設(shè)備二：普通焊機(jī)KRⅡ500，兩種焊機(jī)均可進(jìn)行實(shí)芯焊絲，藥芯焊絲的焊接，對比兩種焊接設(shè)備焊接變形量大小、焊接飛濺物、焊縫金屬溶敷處質(zhì)量。焊接設(shè)備對變形的影響，普通焊機(jī)焊接后表面氧化嚴(yán)重，且飛濺物多，飛出300mm遠(yuǎn)，飛濺顆粒大，后續(xù)難以清除。采用脈沖焊機(jī)焊接變形明顯減小，飛濺物少，且電流電壓也調(diào)的不大，節(jié)省材料成本，作為不銹鋼焊接主要方式可減少焊接變形。

2.3 選擇合理的焊縫寬度

不同焊縫寬度直接影響焊縫成型質(zhì)量，分別試驗(yàn)拼接焊縫寬度1.0mm、1.5mm、2.5mm時焊縫成型質(zhì)量。焊縫寬度1.0mm，焊接容易出現(xiàn)焊不透的現(xiàn)象，且焊后表面堆高過高，影響外觀美觀;縫寬2.5mm導(dǎo)致焊接不均勻，變形大，焊接速度慢;焊縫寬度1.5mm，焊接溶敷效果較好，且完全焊透。

3? 研究焊接過程控制措施以減少變形

3.1 合理布置結(jié)構(gòu)

焊接大型不銹鋼結(jié)構(gòu)件，需要很多復(fù)雜的工序，先進(jìn)行大板料的拆板下料，再進(jìn)行零部件的組合拼接，最后進(jìn)行整體框架焊接。大型板料單板尺寸超3000×5000，需多塊板子拼接而成，而拼接縫越多，拼縫越長，焊接變形越大，所以要采取合適的下料工藝，一般來說等離子切割是最好的下料加工方法，不但板料邊緣整齊而且板料平整，有利于拼接后的平面度保證。很多大型鋼板還需折彎再拼接，這樣的話采用激光切割先打孔再折彎后拼接能較好的保證零件尺寸。拼接過程先進(jìn)行單件點(diǎn)焊定位，再進(jìn)行整體組合定位，并采取一定的固定工裝，限制焊接變形。

3.2 改變焊縫的形式

焊接大型不銹鋼結(jié)構(gòu)件常出現(xiàn)的變形即鼓包、扭曲等變形，焊縫最多的就是角焊縫和對接焊縫，角焊縫強(qiáng)度高但內(nèi)應(yīng)力大，常常牽扯其他部位引起變形，為減小角焊縫引起的變形可對焊縫形式進(jìn)行調(diào)整，如角焊縫盡量布置在框架的四個角，中間部位避開角焊縫，結(jié)構(gòu)構(gòu)件適當(dāng)改成螺栓連接，減少角焊縫的數(shù)量。拼接焊縫盡量縮短，在可控范圍內(nèi)將對接焊縫放置在邊緣位置或短板處。實(shí)際生產(chǎn)中，為盡量避免熱應(yīng)力產(chǎn)生的變形，可適當(dāng)采取斷續(xù)焊接，如采用連續(xù)焊焊接門板時，門板變形嚴(yán)重，中間成波浪形塌陷，嚴(yán)重影響門的外觀及后續(xù)裝配。采用斷續(xù)焊焊接門板，門板整體變形減小，板面平整，無明顯凹陷，既滿足強(qiáng)度要求又節(jié)省材料，框架與殼體部分焊接處可適當(dāng)調(diào)整為斷續(xù)焊接。

4? 結(jié)束語

通過分析與研究，采用不銹鋼實(shí)芯焊絲H03Cr19Ni12Mo2Si焊接，并采取合理的拼接縫隙，能取得均勻一致的焊縫，且焊縫溶敷和成型美觀。采用雙脈沖焊機(jī)YD-350GL4焊接、合理選擇下料方式等措施能獲得較好的零件尺寸，為焊接質(zhì)量提供保障，以獲得較好的不銹鋼產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)旭東.焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響分析[J].科技與創(chuàng)新，2018（03）：79-80.

[2]邵元金，閆軍，楊玉超.焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響[J].焊接技術(shù)，2015（04）.

[3]劉冬梅.焊接工藝對不銹鋼焊接變形的影響[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（02）：83-84.

[4]廖秋慧.不銹鋼薄板焊接變形影響因素與控制方法[J].輕工機(jī)械，2015（01）：107-110.