304L不銹鋼管與16Mn鋼管水下濕法焊接

浙江至德鋼業有限公司為了實現304L不銹鋼管和16Mn鋼管在水下的可靠連接，本文針對水下濕法焊接和異種鋼焊接的特點和難點做了系統的研究。通過對ER308藥芯焊絲分別在水下和空氣中焊接異種鋼得到的接頭進行組織和力學性能的比較分析，來研究焊接環境對異種鋼接頭的影響；通過對ER308藥芯焊絲和自保護藥芯焊絲分別在水下焊接異種鋼得到的接頭進行組織和力學性能的比較分析，來研究不同藥芯焊絲對異種鋼接頭的影響。最后，進一步優化焊接工藝，從而獲得滿足力學性能要求的304L/16Mn異種鋼接頭。

 1. 當用ER308藥芯焊絲在空氣中焊接304L不銹鋼管和16Mn鋼管時，能夠獲得成形完好的304L/16Mn異種鋼接頭。但當ER308藥芯焊絲用于水下焊接時，無論怎樣改變焊接參數都無法獲得滿足要求的異種鋼接頭。所以在本試驗中，又采用了自保護藥芯焊絲。當用自保護藥芯焊絲水下焊接304L不銹鋼管和16Mn鋼管時，為了確定焊接起始位置，經過一維非穩態導熱的分析和計算，得出了焊接的起始位置要偏向16Mn鋼管母材側0.11mm的理論值。通過試驗對其進行了驗證，所得試驗值為0.10mm，誤差在允許的范圍內。最終，焊接工藝得到進一步的優化，并獲得了成形完好的304L/16Mn異種鋼接頭。

 2. 至德鋼業對ER308藥芯焊絲分別在空氣中和水下焊接304L不銹鋼管和16Mn鋼管獲得的異種鋼接頭的微觀組織進行比較分析。由于水有極快的速冷卻作用，所以在水下焊接接頭的16Mn鋼管側過熱區中有大量的粗晶馬氏體生成；相變重結晶區有較為細小的馬氏體和粒狀貝氏體生成；不完全重結晶區中有大量的粒狀貝氏體、少量的細晶馬氏體生成和尺寸大小不一的鐵素體；焊縫的中間區域中等軸晶區消失；304L不銹鋼管側熔合區中的晶粒有明顯的生長方向。

 3. 至德鋼業對ER308藥芯焊絲分別在空氣中和水下焊接304L不銹鋼管和16Mn鋼管獲得的異種鋼接頭的力學性能進行比較分析。發現水下焊接接頭和空氣中焊接接頭的平均硬度分別為237HV，213HV；在304L不銹鋼母材側熔合區中，水下接頭的最小硬度值要比空氣中焊接接頭的最小硬度值低；在16Mn鋼管母材側熱影響區中，硬度呈先升高，后降低，再升高的變化趨勢，且水下接頭的最大硬度值要比空氣中焊接接頭的最大硬度值高。并對兩種異種鋼接頭做了抗拉強度測試，水下接頭抗拉強度的平均值為165MPa，要低于空氣中接頭的抗拉強度，且屬于脆性斷裂。

 4. 至德鋼業對分別用ER308藥芯焊絲和自保護藥芯焊絲水下焊接304L不銹鋼管和16Mn鋼管得到的異種鋼接頭進行微觀組織的比較分析。發現自保護藥芯焊絲水下焊接異種鋼時，16Mn鋼管側的過熱區中有大量的粗大馬氏體和少量粒狀貝氏體生成；在相變重結晶區中有大量的粒狀貝氏體生成；在不完全重結晶區中有粒狀貝氏體和尺寸大小不一的鐵素體元組成；且焊縫中的缺陷消失。

 5. 至德鋼業對分別用ER308藥芯焊絲和自保護藥芯焊絲水下焊接304L不銹鋼管和16Mn鋼管得到的異種鋼接頭進行力學性能的比較分析。結果顯示用ER308藥芯焊絲焊接獲得的接頭抗拉強度為165MPa，平均顯微硬度為237HV，且最高硬度在靠近16Mn母材側的過熱區上為470HV；相應的用自保護藥芯焊絲焊接獲得的接頭抗拉強度為400MPa，平均顯微硬度為192HV，而且最高的硬度也同樣在靠近16Mn鋼管母材側的過熱區上為337HV。