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1 焊接变形原因分析
高热膨胀系数
奥氏体不锈钢的热膨胀系数约为低碳钢的1.5倍,不锈钢受热膨胀的影响更大,更容易变形[2]。 如图1《低碳钢与奥氏体不锈钢的热膨胀系数对比表》。
1.2 大热影响区
不锈钢中含有13%以上的铬元素,铬的熔点达到1855℃,导致不锈钢管在焊接过程中焊接电流较大,熔池温度较高。 厚壁管的熔池和填充量较大,焊接层数超过3层,加剧了焊接过程中的变形。 焊接热影响区示意图如图2所示。
1.3 焊接应力的产生
焊缝熔合区被高温热源迅速加热熔化,而周围温度相对较低的区域对熔合区产生约束,产生应力; 焊接后熔合区材料的冷却收缩受周围区域不均匀温度场的影响,导致不均匀收缩变形,焊接及邻近区域产生残余应力。 应力产生后,不仅会引起焊接变形,还会降低母材的局部耐腐蚀性能和物理性能。
2 焊接变形控制措施
焊前预热降低热膨胀系数的影响:随着温度的升高,热膨胀系数也随之增加,但在一定温度后(不锈钢>150℃,低碳钢>220℃)的增长速度为 相对较慢 [4] 。 利用这一特点,在焊前进行预热,预热温度为150℃,提前释放母材大量的热膨胀,减少其对焊接变形的影响。