燒結(jié)316L不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)焊接缺陷研究

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1 前言

燒結(jié)316L不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)材料是將不同絲徑,不同目數(shù)的單層不銹鋼編織絲網(wǎng)按照特定的順序疊放,經(jīng)過加壓高溫?zé)Y(jié)后制備的一種具有良好強度和韌性,精度可控的金屬多孔材料。與粉末燒結(jié)不銹鋼多孔材料相比,燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)具有高通量、高強度、強韌性、易再生等優(yōu)點。由于其獨特的孔隙結(jié)構(gòu)、良好的耐蝕性和可焊接性,燒結(jié)316 L不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)材料廣泛應(yīng)用于能源化工、冶金建材、食品醫(yī)藥等領(lǐng)域的關(guān)鍵過濾分離裝備,是相關(guān)工業(yè)裝置提質(zhì)增效、節(jié)能減排以及綜合利用的核心基礎(chǔ)材料及元件。

根據(jù)不同過濾分離裝備的應(yīng)用需求,燒結(jié)316 L不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)往往被加工成不同規(guī)格的過濾元件來使用,焊接是制造燒結(jié)不銹鋼絲網(wǎng)過濾元件必不可少的工序。

2 焊疤缺陷的產(chǎn)生

為了保障過濾元件的使用效果,燒結(jié)316L不銹鋼絲網(wǎng)在焊接過程中不得引入雜質(zhì),不能發(fā)生明顯的氧化,焊縫強度也必須達到設(shè)計要求,焊縫區(qū)域的孔徑尺寸不得高于母材。鎢極氬弧焊是燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)過濾元件焊接的理想方式。與其他電弧焊相比較,鎢極氬弧焊是一種高質(zhì)量的焊接方法。由于采用氬氣作為保護氣體,可有效隔絕空氣對電弧和熔池產(chǎn)生的不良影響,金屬冶金反應(yīng)充分。同時,電弧受氬氣流的壓縮和冷卻作用,熱量集中,燃燒穩(wěn)定,熱影響區(qū)窄,焊接應(yīng)力和變形較小,飛濺少,焊接強度高。

采用鎢極氬弧焊工藝焊接出的燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)過濾元件焊縫均勻美觀,既可以獲得高的焊接強度,又可以有效避免焊縫部位大孔缺陷的產(chǎn)生。然而在實際生產(chǎn)過程中,燒結(jié)金屬絲網(wǎng)過濾元件焊縫部位的焊疤缺陷卻往往難以避免。

3 焊疤缺陷分析

焊疤缺陷既影響燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)過濾元件的美觀,也容易造成腐蝕及孔洞缺陷隱患。全面分析焊疤缺陷并找出焊疤產(chǎn)生的根源是有效避免焊疤產(chǎn)生的有效途徑。

用能譜儀對焊疤缺陷微區(qū)的化學(xué)成分進行了分析,測試結(jié)果表明,與316L絲網(wǎng)基材相比,焊疤區(qū)域大幅增加了O、Al、Si元素,Al、Si的氧化物大量富集于焊縫區(qū)域,宏觀上造成了焊疤的產(chǎn)生。

4 焊疤缺陷產(chǎn)生原因分析

如前所述,焊疤產(chǎn)生的根本原因是焊縫區(qū)域Al、Si的氧化物的富集,為了消除焊疤缺陷,必須找出Al、Si的氧化物的引入途徑。

掃描電鏡照片顯示,燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)的單絲上不規(guī)則地附著有夾雜物,能譜儀測試結(jié)果顯示,夾雜物主要化學(xué)成分為Al的氧化物(氧化鋁)。氧化鋁屬于陶瓷材料,熔點達到2054℃,具有良好的熱穩(wěn)定性和耐鋼液侵蝕性能。在燒結(jié)金屬復(fù)合絲網(wǎng)焊接過程中,不銹鋼絲網(wǎng)在氬氣保護下的受到鎢電極加熱時迅速融化形成熔池,由于氧化鋁熔點遠高于不銹鋼,密度低于不銹鋼,氧化鋁顆粒則漂浮在不銹鋼熔池表面,隨著焊接區(qū)域的不斷加大,氧化鋁顆粒不斷在不銹鋼熔池表面富集,熔池降溫冷卻凝固后,焊縫局部區(qū)域形成宏觀焊疤。

在燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)生產(chǎn)過程中,為了提高生產(chǎn)效率,避免復(fù)合絲網(wǎng)之間的粘連,在復(fù)合絲網(wǎng)之間引入柔性氧化鋁陶瓷隔離層。氧化鋁陶瓷隔離層雖然有效避免了高溫?zé)Y(jié)時相鄰復(fù)合絲網(wǎng)之間的粘連,但由于柔性氧化鋁陶瓷易掉渣,細小的氧化鋁顆粒在高溫條件下極易嵌入不銹鋼單絲之中,嵌入不銹鋼單絲中的氧化鋁顆粒也無法通過超聲清洗祛除,最終形成焊縫焊疤缺陷。

5 結(jié)論

燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)在制備過程中使用柔性氧化鋁隔離層,脫落的氧化鋁顆粒在高溫條件下嵌入燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)單絲中,嵌入單絲中的氧化鋁顆粒在氬弧焊焊接過程中懸浮于熔池表面,隨著焊接區(qū)域的不斷擴大,形成了熔池表面的氧化鋁富集,冷卻凝固后形成了宏觀焊疤。避免燒結(jié)不銹鋼復(fù)合絲網(wǎng)過濾元件焊疤缺陷的根本途徑是變更燒結(jié)不銹鋼復(fù)合材料生產(chǎn)時的隔離層材料,采用高溫穩(wěn)定性好,不掉渣的材料替代柔性氧化鋁。