【文章內(nèi)容簡介】 種不同工藝對(duì) 1Cr18Ni9Ti/Q235 復(fù)合板的對(duì)接焊工藝進(jìn)行研究，并對(duì)焊接接頭的顯微組織、力學(xué)性能以及覆 層耐腐蝕性能進(jìn)行了分析。研究表明，采用鎢極氬弧焊焊接覆層和基層，覆層焊縫的顯微組織為奧氏體加少量鐵素體，基層為較高韌性的板條馬氏體，接頭力學(xué)性能良好。而采用埋弧焊焊接基層時(shí)焊縫組織為粗大的柱狀晶，韌性較差。鎢極氬弧焊接頭在濃度為 1mol/LNaCl 中覆層的抗電化學(xué)腐蝕性能與母材相近，且無晶間腐蝕現(xiàn)象。呂世雄 [50]等人采用鎢極氬弧焊對(duì) 316L/20G雙金屬復(fù)合管進(jìn)行對(duì)接焊，實(shí)驗(yàn)中采用 ER316L 焊絲焊接覆層，采用 ER309L 焊絲焊接過渡層，采用 ER55G 焊絲作為填充材料焊接基層，并對(duì)接頭進(jìn)行了拉伸、彎曲、沖擊等力學(xué)性能測試，以及對(duì)接頭微觀組織、主要合金元素的擴(kuò)散進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，獲得接頭的力學(xué)性能良好，覆層焊縫中合金元素并未被基層焊縫稀釋。 Chuaiphan W 等人 [51]采用鎢極氬弧焊接 304 奧氏體不銹鋼和 1020 碳鋼，并研究不同焊絲對(duì)接頭組織與性能的影響。結(jié)果表明，采用 309L 和 308L 焊絲所獲得的接頭焊縫組織中，鐵素體呈連續(xù)樹枝狀排列分布于奧氏體中，且前者的鐵素體含量比后者高，而使用 316L 焊絲獲得的接頭焊縫中為不連續(xù)的樹枝狀鐵素體分散排列在奧氏體中。進(jìn)一步對(duì)接頭進(jìn)行耐腐蝕性能測試，采用 309L 焊絲獲得的焊縫具有較好的抗點(diǎn)蝕性能。 YAN J[52]等人分別采用激光焊、鎢極氬弧焊、復(fù)合焊三種方法對(duì)奧氏體不銹鋼進(jìn)行焊接，結(jié)果表明，三種焊接方法所獲得焊縫均為 α＋ γ 雙相組織，但組織中的鐵素體含量各不相同，其中以激光焊焊縫中的鐵素體含量最高，而鎢極氬弧焊焊縫中的鐵素體含量最低。 田勁松 [53]等人采用 TIG 自熔焊對(duì) 409L 和 410L 冷軋板進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，并對(duì)獲得接頭進(jìn)行了拉伸和晶間腐蝕試驗(yàn)。結(jié)果表明， 410L 接頭塑性下降較多的主要原因在于焊縫金屬中的 C、 N 含量較高，在焊接過程中易形成馬氏體，冷卻過程 中析出了富Cr 的碳化物和氮化物。 409L 接頭未產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的主要原因在于焊縫金屬中 C、N 的含量較低，且添加了強(qiáng)碳化物形成元素 Ti；而 410L 接頭產(chǎn)生晶間腐蝕傾向的主鈦 /鐵 /不銹鋼三層復(fù)合薄板對(duì)接焊工藝研發(fā) 7 要原因在于，焊接冷卻過程中析出了富 Cr 的碳化物和氮化物，導(dǎo)致形成局部貧鉻區(qū)，不過，在焊接冷卻過程中形成的馬氏體具有一定的抵抗晶間腐蝕裂紋擴(kuò)展能力。 3 課題的研究內(nèi)容 本實(shí)驗(yàn)的主要目的是為了研發(fā)鈦鐵不銹鋼三層復(fù)合板的對(duì)接焊接工藝，考慮到焊后焊縫區(qū)域應(yīng)具備的防腐蝕性、力學(xué)性能以及技術(shù)難點(diǎn)，主要的研究內(nèi)容可分為以下部分： （ 1）設(shè)計(jì)合理的坡口形 式 （ 2）制定 TA1 薄鈦板焊接工藝 （ 3）制定鈦 /鐵復(fù)合層焊接工藝 （ 4）制定鐵 /不銹鋼復(fù)合層焊接工藝 （ 5）檢測焊縫區(qū)域的耐腐蝕性 4 課題的研究方案 （ 1）選擇合理的坡口形式及制備方法 圖 為鈦 /鐵 /不銹鋼三層復(fù)合板焊接的對(duì)接示意圖。焊后的焊縫區(qū)域必須還具有原覆層的防腐蝕性。同時(shí)鈦鐵又不能夠直接焊接，以防止產(chǎn)生 TiFe、 TiFe2 以及 TiC等脆性相，削弱接頭的塑性。所以，對(duì)于鈦 /鐵 /不銹鋼復(fù)合板的對(duì)接焊要采取先開坡口的形式。 圖 復(fù)合板焊接的對(duì)接示意圖 圖 （ a）（ b）分別為預(yù)先設(shè) 計(jì)的坡口形式。由于復(fù)合板的覆層非常薄，所以增加加工難度，將采取機(jī)械加工的方式去除鐵和不銹鋼，只留下鈦覆層。圖 （ a）的加工難度低于圖 （ b），但是圖 （ a）的焊接方式較為單一，只能采取預(yù)置粉末的方式通過深熔焊進(jìn)行焊接，而圖 （ b）可以采用多道焊的方式進(jìn)行焊接，焊接難度大大降低，但是坡口加工難度較高。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，將對(duì)兩種方案進(jìn)行試驗(yàn)，確定最優(yōu)方案。 鈦 /鐵 /不銹鋼三層復(fù)合薄板對(duì)接焊工藝研發(fā) 8 a b 圖 復(fù)合板坡口形式 （ 2）確定鈦覆層的焊接工藝以及鈦 /鐵之間過渡層的填充材料 由于鈦覆層厚度僅為 ， 屬于超薄板焊接，在焊接過程中極易燒穿或由于對(duì)不齊而出現(xiàn)焊接缺陷，所以焊接方案初步確定為卷邊焊。同時(shí)鈦 /鐵直接焊接又會(huì)在界面處形成了 TiFe、 TiFe2 以及 TiC 等脆性相 ,削弱了接頭的塑性 ,而且接頭的熱穩(wěn)定性較差 ,焊接變形大 ,接頭形式也有一定的限制 [54]。所以，根據(jù)鈦 /鐵釬焊中采用的釬料種類，初步計(jì)劃選取銅或鎳來作為過渡材料，并通過試驗(yàn)確定最優(yōu)工藝。 （ 3）確定鐵 /不銹鋼焊接工藝及焊縫填充材料成分 根據(jù)焊縫橫斷面形狀，如果復(fù)合板與復(fù)合板直接焊接，焊縫處不填充任何材料。焊后的焊縫金屬由復(fù)合板中的基層鐵與覆 層不銹鋼共同熔化組成，基層的熔化量大于覆層不銹鋼，基層鐵對(duì)覆層不銹鋼的稀釋作用，使得焊縫金屬中 Cr、 Ni 的含量可能遠(yuǎn)低于覆層不銹鋼中的含量。即使是焊縫表面，含有較多的覆層不銹鋼，由于熔池的攪拌作用，使得其 Cr、 Ni 含量也會(huì)低于覆層不銹鋼中的含量，焊縫表面與覆層不具有同等的耐腐蝕性能。 如果在復(fù)合板焊縫處填充了與覆層相同材質(zhì)的不銹鋼材料，由于填充的不銹鋼材料與覆層具有相同的 Cr、 Ni 含量，基層碳鋼對(duì)覆層的稀釋作用，仍會(huì)使焊縫金屬中 Cr、Ni 含量降低或者焊縫的局部區(qū)域降低，導(dǎo)致焊縫區(qū)是薄弱地帶，焊縫表面與覆 層不鈦 /鐵 /不銹鋼三層復(fù)合薄板對(duì)接焊工藝研發(fā) 9 銹鋼不具有同等的耐腐蝕性能。 根據(jù)上述分析，鐵 /不銹鋼復(fù)合板的焊接必須在焊縫處填充高 Cr、 Ni 的不銹鋼材料。依據(jù)焊縫熔池大小、覆層不銹鋼、基層碳鋼和填充材料的熔化量，結(jié)合 Schaeffler 圖 (圖),利用杠桿定律，即可出了填充材料的 Creq、 Nieq 分別含量，然后配制所需 Cr和 Ni 含量的高 Cr、 Ni 不銹鋼粉末。 圖 焊縫 Schaeffler 圖 （ 4） 對(duì) 鈦 /鐵 /不銹鋼復(fù)合板焊縫的防腐蝕性能、力學(xué)性能進(jìn)行檢測，觀察并分析顯微組織。 5 課題的 研究路線及方法 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)技術(shù)路線如圖 。 鈦 /鐵 /不銹鋼三層復(fù)合薄板對(duì)接焊工藝研發(fā) 10 圖 技術(shù)路線圖 6 工作進(jìn)度安排 查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，寫開題報(bào)告； 制備焊接材料，對(duì)板材進(jìn)行軋制、切割、熱處理、開坡口等加工； 學(xué)習(xí)并熟練掌微束等離子焊機(jī)，完成鈦覆層的焊接，測試工藝參數(shù)； 進(jìn)行復(fù)合板焊接實(shí)驗(yàn)，制備良好的復(fù)合板焊縫； 對(duì)復(fù)合板焊縫進(jìn)行腐蝕性能檢測； 對(duì)復(fù)合板焊縫進(jìn)行 性能檢測及組織分析； 撰寫論文，準(zhǔn)備答辯 鈦 /鐵 /不銹鋼三層復(fù)合薄板對(duì)接焊工藝研發(fā) 11 參考文獻(xiàn) [1]劉啟華 . 16MnR+00Cr19Ni10 不銹鋼復(fù)合鋼板的焊接 [J]. 江漢石油職工大學(xué)學(xué)報(bào) , 2022, 21(2):7779. [2]Karlsson L. Welding of dissimilar metal.[J]. Welding in the , 36(6):125 一 132. [3]趙錚 , 陶鋼 . 雙金屬復(fù)合板的新制備工藝 —— 爆炸壓涂 [J]. 材料開發(fā)與應(yīng)用 , 2022, 23(5):4851. [4]馬志新 , 胡捷 , 李德富 ,等 . 層狀金屬復(fù)合板的研究和生產(chǎn)現(xiàn)狀 [J]. 稀有金屬 , 2022, 27(6):799803. [5] 孟祥軍 , 時(shí)錦 . 漫談鈦合 金在 艦船 上的應(yīng)用 [J]. 鈦 工 業(yè)進(jìn)展 , 2022, 20(z1):2326. [6]Bob Hill Titanium Use in Aerospace Applications Industrial Heating November7[J]， 2022， 1219. [7]李梁 , 孫健科 , 孟祥軍 . 鈦合金的應(yīng)用現(xiàn)狀 及發(fā)展前景 [J]. 鈦工業(yè)進(jìn)展 , 2022, 21(5):1924. [