316L不锈钢应用于大型结构件的研究

何莎

摘要：316L焊接性能、结构性能优良，应用广泛，在制作大型结构件时，不但要保持一定的刚性和强度，又要取得良好的外观和质量，在焊接过程中会产出许多不确定因素，如钢板的弯折对接，结构不对称，焊缝布置多且长，对于薄板而言变形尤为明显。为了使不锈钢焊接变形得到控制，研究了一系列控制变形的措施，使不锈钢焊接既美观又牢固。

关键词：焊接变形;不锈钢;工艺参数;过程控制

0  引言

316L具有良好的焊接性能，可采用多种焊接方法进行焊接。抗拉强度485MPa，屈服强度170MPa，伸长率30%，主要用于设备、管道、框架结构件等，但316L薄板（4～6mm）用于大型壳体结构件时，由于尺寸庞大容易产生焊接变形、外观表面缺陷等问题。为避免这种情况，采取措施是必须的，焊接工艺必须进行技术创新和变革。通过分析焊接变形的原因，制定一系列控制焊接变形的措施，以得到较好的焊接质量。

1  不锈钢框架件焊接过程产生变形的原因

1.1 焊缝尺寸大小及数量

由于大型壳体结构件多数是要拆分成多块板料拼接而成，焊缝数量较多，由于纵向挠曲变形和总收缩应力具有密切联系，因而焊缝的尺寸面积大小与挠曲变形具有一定关联，具体来说就是整体纵向收缩应力和纵向上的挠曲变形具有一定的函数关系。由具体的公式得知，纵向的挠曲变形和总纵向收缩应力之间以及焊缝金属的断面面积成正比关系。

1.2 焊接热输入

316L不锈钢的导热性差，焊接热输入对变形的影响尤为明显，焊接时由于温度升高，材料的屈服应力极限会骤然下降，在弹性热应力超过屈服极限时就会形成热压缩。在材料冷却时，焊缝区受到周围环境区域不同的温度场影响后会产生不均匀收缩，从而导致变形。

2  研究焊接工艺参数有效控制焊接变形

2.1 选择合适的焊接材料

焊接材料一：实芯焊丝YB/T5092-2005 H03Cr19Ni12Mo2Si ？覫1.2，焊接材料二：药芯焊丝GB/T17853-1999 E316LT1-1 ？覫1.2，两种焊接材料均为316L焊接常用材料，试验不同的焊接电流、电压、送丝速度、焊丝直径等对焊缝成型的影响。采取焊接试验接头的形式对两种材料实施MIG焊接，比较焊丝对焊接的影响。

焊丝选用既要保证成分接近，又要满足强度要求，还要在自动送丝机上能顺利送进，进行MIG焊接，但成分完全相等的焊丝很难找到，又没有必要，有时甚至效果相反。一般来讲，填充金属的选择主要考虑所溶敷焊缝的金相组织。综上因素，316L不锈钢板选用焊丝为H03Cr19Ni12Mo2Si。

2.2 选择合理的焊接设备

试验设备一：双脉冲焊机YD-350GL4，试验设备二：普通焊机KRⅡ500，两种焊机均可进行实芯焊丝，药芯焊丝的焊接，对比两种焊接设备焊接变形量大小、焊接飞溅物、焊缝金属溶敷处质量。焊接设备对变形的影响，普通焊机焊接后表面氧化严重，且飞溅物多，飞出300mm远，飞溅颗粒大，后续难以清除。采用脉冲焊机焊接变形明显减小，飞溅物少，且电流电压也调的不大，节省材料成本，作为不锈钢焊接主要方式可减少焊接变形。

2.3 选择合理的焊缝宽度

不同焊缝宽度直接影响焊缝成型质量，分别试验拼接焊缝宽度1.0mm、1.5mm、2.5mm时焊缝成型质量。焊缝宽度1.0mm，焊接容易出现焊不透的现象，且焊后表面堆高过高，影响外观美观;缝宽2.5mm导致焊接不均匀，变形大，焊接速度慢;焊缝宽度1.5mm，焊接溶敷效果较好，且完全焊透。

3  研究焊接过程控制措施以减少变形

3.1 合理布置结构

焊接大型不锈钢结构件，需要很多复杂的工序，先进行大板料的拆板下料，再进行零部件的组合拼接，最后进行整体框架焊接。大型板料单板尺寸超3000×5000，需多块板子拼接而成，而拼接缝越多，拼缝越长，焊接变形越大，所以要采取合适的下料工艺，一般来说等离子切割是最好的下料加工方法，不但板料边缘整齐而且板料平整，有利于拼接后的平面度保证。很多大型钢板还需折弯再拼接，这样的话采用激光切割先打孔再折弯后拼接能较好的保证零件尺寸。拼接过程先进行单件点焊定位，再进行整体组合定位，并采取一定的固定工装，限制焊接变形。

3.2 改变焊缝的形式

焊接大型不锈钢结构件常出现的变形即鼓包、扭曲等变形，焊缝最多的就是角焊缝和对接焊缝，角焊缝强度高但内应力大，常常牵扯其他部位引起变形，为减小角焊缝引起的变形可对焊缝形式进行调整，如角焊缝尽量布置在框架的四个角，中间部位避开角焊缝，结构构件适当改成螺栓连接，减少角焊缝的数量。拼接焊缝尽量缩短，在可控范围内将对接焊缝放置在边缘位置或短板处。实际生产中，为尽量避免热应力产生的变形，可适当采取断续焊接，如采用连续焊焊接门板时，门板变形严重，中间成波浪形塌陷，严重影響门的外观及后续装配。采用断续焊焊接门板，门板整体变形减小，板面平整，无明显凹陷，既满足强度要求又节省材料，框架与壳体部分焊接处可适当调整为断续焊接。

4  结束语

通过分析与研究，采用不锈钢实芯焊丝H03Cr19Ni12Mo2Si焊接，并采取合理的拼接缝隙，能取得均匀一致的焊缝，且焊缝溶敷和成型美观。采用双脉冲焊机YD-350GL4焊接、合理选择下料方式等措施能获得较好的零件尺寸，为焊接质量提供保障，以获得较好的不锈钢产品。

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