双面不锈钢复合薄板TIG填丝焊接

摘要：不锈复合钢冷轧薄钢板和钢带利用“爆炸+轧制”的复合工艺制造的不锈复合钢冷轧薄钢板，不仅导热系数高，冷成型性能好，而且制成品美观豪华、经久耐用。但由于这种双面复合板厚度较薄，采用TIG自熔的方式进行焊接，很难使接头的耐蚀性满足要求。为了使这种材料在市场上广泛推广应用，文章对厚度为1.0～2.0mm的不锈钢薄板的焊接工艺、接头的力学性能及耐蚀性进行了研究。

关键词：不锈复合钢；爆炸+轧制；耐蚀性

中图分类号：TG156.4 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）01-0191-02

一、焊接试验

试验采用的双面不锈钢复合薄板的不锈钢复层的材料为304不锈钢，基层材料为深冲钢08Al。试验所采用的双面不锈钢复合板的厚度为1.5mm。试验所用的双面不锈钢复合薄板的复合层厚度很薄，仅有0.15mm左右，仅占整个板厚的20%。显然，如果直接采用TIG自熔的工艺方法，母材中基材的低碳钢材料与上、下表面不锈钢复合层经焊接混合后，接头部位的化学成分尤其是提高耐腐蚀性的Cr元素含量很难满足耐蚀性的要求。因此必须通过填加具有耐蚀性的不锈钢材料，才能使接头具有耐蚀性。

试验所采用的接头形式为不留焊接间隙的对接接头。填充材料采用的是HS307L、HS308L、HS309L不锈钢焊丝及ERNiCrFe-7镍基焊丝，试验采用的焊接参数如表1所列：

二、焊接试验分析

（一）焊接试验焊缝成形

1#~4#试件均实现了单面焊双面成形，焊缝正反面成形光滑平整，正反面均有一定的余高，没有任何咬边现象。图1为试件焊缝的正反面成形及焊缝的横断面形状。

（二）焊接接头的金相组织

1．试样的金相腐蚀方法。基材及热影响区金相组织显示化学试剂为3%硝酸酒精溶液，其余金相组织显示化学试剂为氯化高铁溶液。

2．母材金相组织。母材中基材金相组织均为铁素体+珠光体，如图2所示。复合层金相组织为奥氏体+少量铁素体，如图3所示。

3．焊接接头的金相组织。采用不锈钢焊丝HS307L作为填充金属时（1#试样）焊缝的组织如图4所示；采用不锈钢焊丝HS308L作为填充金属时（2#试样）焊缝的组织如图5所示；采用不锈钢焊丝HS309L作为填充金属时（3#试样）焊缝的组织如图6所示。从焊缝的金相组织的分析结果可以看出，采用HS307L、HS308L、HS309L不锈钢焊丝作为填充金属，对于不留焊接间隙的1.5mm双面不锈钢试板对接焊缝，焊缝的组织基本相同，均为板条马氏体；焊缝上下表面金相组织虽为板条马氏体，但抗氯化高铁溶液腐蚀能力要比焊缝中间强，相同腐蚀条件下，上下表面板条马氏体腐蚀程度要轻。另外，上下表面马氏体板条更细一些，如图7所示。热影响区的组织也相同，为先共析铁素体+贝氏体+珠光体，如图8、图9所示。

采用ERNiCrFe-7镍基焊丝作为填充金属，对于不留焊接间隙的1.5mm双面不锈钢试板对接焊缝（4#试样），焊缝的组织为奥氏体，局部有马氏体，如图10所示。显微硬度Hv0.1值分散度较大，四点值为183、270、328、408。

（三）焊缝的耐蚀性分析

对于双面不锈钢薄板无间隙对接接头TIG填丝焊，由于有填充金属，使焊缝中增加了可提高焊缝耐蚀性能的Cr元素。采用不锈钢焊丝作为填充金属，焊缝中心部位Cr元素的含量可以达到6%～7%左右；采用ERNiCrTe-7焊丝作为填充金属，焊缝中心部位Cr元素的含量可以达到9%～10%左右。通过对金相试样的腐蚀发现，母材中的基材采用3%的消酸酒精溶液很容易显示出基材组织，而焊缝必须采用腐蚀能力更强的氯化高铁溶液才能显示出焊缝组织，这说明焊缝的耐蚀性能高于复合板基材的耐蚀性。

（四）接头力学性能

对填充金属为HS308、HS309L、ERNiCrFe-7焊丝的TIG焊无对接间隙接头的拉伸和弯曲性能进行了测试。焊接接头的拉伸试验按接头力学性能试验标准GB2651-89《焊接接头拉伸试验方法》执行，焊接接头的弯曲试验按接头力学性能试验标准GB2653-89《焊接接头弯曲试验方法》执行。

填充金属为HS308、HS309L、ERNiCrFe-7焊丝的TIG焊无对接间隙接头的拉伸和弯曲性能测试结果：拉伸试样的断裂位置均在母材，接头的面弯和背弯（d=4a）1800合格。图11、图12为拉伸和弯曲后的试样。

三、结论

采用不留间隙对接接头TIG填丝焊，由于母材对填充金属的稀释，由填充金属过渡到焊缝中合金元素的含量在焊缝中心部位占该元素在填充金属中含量的1/3左右。采用HS308L、HS309L不锈钢焊丝作为填充金属时，焊缝中心部位Cr元素的含量为6%～7%左右，焊缝的组织为板条状马氏体；采用ERNiCrTe-7作为填充金属，焊缝中心部位Cr元素的含量为9%～10%左右，焊缝的组织为奥氏体，局部有马氏体。焊缝的耐蚀性能高于复合板基材的耐蚀性。

参考文献

[1]郑远谋．爆炸焊接和金属复合材料及其工程应用[M]．中南大学出版社．

作者简介：赵阳囤（1963－ ），男，太原钢铁集团（有限）公司复合材料厂高级工程师，研究方向：不锈钢复合钢板的爆炸焊接及焊接。