汽轮机叶片金属材料的焊接技术浅析

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　　摘要：本文针对用于汽轮机叶片的金属材料不锈钢在焊接方面的相关事宜进行了简要探讨，分别介绍了不锈钢的分类、焊接性及不锈钢的焊接方法。但随着科技的进步，镁及其合金的发展迅猛，对其的焊接技术仍然需要进一步完善，未来的工作中将次作为重点。
　　关键词：汽轮机叶片；技术材料；焊接
　　中图分类号：TG4 文献标识码：B
　　
　　一．引言
　　随着现代工业的发展和科学进步，现代工程中的许多零部件需要工作在高温或低温、腐蚀介质、电磁场或放射性环境中，其中有色金属材料的用量也比较大。所选用的材料应该是能满足工作要求的特殊材料，单独使用一种材料常常不能满足实际应用中的各种要求。因此在现代工程结构中，我们不仅需要对大量的同种材料进行焊接，同时也需要对相当数量的异种材料进行焊接，在工程及制造中采用异种材料焊接结构，不仅能满足不同工作条件对材质的不同要求，而且还能节约贵重金属，降低结构整体成本，充分发挥不同材料的性能优势。在某种情况下，异种材料结构的综合性能甚至超过单一金属结构。异种材料的焊接日益受到人们的重视，具有广阔的应用前景，近年来在航空航天、石油化工、电站锅炉、核动力、机械、电子、造船及其他一些领域获得越来越广泛的应用。
　　二．不锈钢的分类
　　不锈钢是指主加元素铬含量能使钢处于钝化状态，又具有不锈特性的钢。为此，不锈钢w (Cr)应高于12}。此时钢的表面能迅速形成致密的Cr103氧化膜，使钢的电极电位和在氧化介质中的耐蚀性发生突变性提高。在非氧化性介质中，铬的作用并不明显，除了铬外，锈钢中还须加入能使钢钝化的Ni, Mo等其他元素。不锈钢按照组织类型，可以分为五类:
　　(1)奥氏体不锈钢
　　奥氏体不锈钢在各种类型不锈钢中应用最为广泛，品种也多。由于奥氏体不锈钢的Cr, Ni含量较高，因此在氧化性、中性以及弱还原性介质中均具有良好的耐蚀性。奥氏体不锈钢的塑韧性优良，冷加工性能俱佳，焊接性由于其他类型不锈钢，因而广泛应用于建筑装饰、食品工业、医疗器械、纺织印染设备以及石油、化工、原子能等工业领域。
　　(2)铁素体不锈钢
　　铁素体不锈钢的应用比较广泛，其中Cr13和Cr17型铁素体不锈钢主要用于腐蚀环境不十分苛刻的场合，例如室内装饰、厨房设备、家电产品、家用器具等。超低碳高铬含铝铁素体不锈钢因对氯化物应力腐蚀不敏感，同时具有良好的耐点蚀、缝隙腐蚀性能，因而广泛用于热交换设备、耐海水设备、有机酸及制碱设备等。
　　(3)马氏体不锈钢
　　马氏体不锈钢应用较为普遍的是Cr 13型马氏体不锈钢。为获得或改善某些性能，添加Ni, Mo等合金元素，形成一些新的马氏体不锈钢，例如OCr13Ni 14Mo, OCr16Ni5Mo等。马氏体不锈钢主要用于硬度、强度要求较高，耐腐蚀要求不太高的场合，如量具、刃具、餐具、弹簧、轴承、汽轮机叶片、水轮机转轮等。
　　(4)双相不锈钢
　　双相不锈钢是金相组织由奥氏体和铁素体两相组成的不锈钢，而且各相都占有较大的比例。双相不锈钢具有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的一些特性，韧性良好，强度较高，耐氯化物应力腐蚀。适用制作海水处理设备、冷凝器、热交换器等，在石油、化工领域应用广泛。
　　(5)沉淀硬化不锈钢
　　沉淀硬化不锈钢是在不锈钢中单独或复合添加硬化元素，通过适当热处理获得高强度、高韧性并具有良好耐蚀性的一类不锈钢。通常作为耐磨、耐蚀高强度结构件，如轴、齿轮、叶片等转动部件和螺栓、垫圈、弹簧、阀、泵等零部件以及高强度压力容器、化工处理设备。
　　三．不锈钢的焊接性
　　(1)热裂纹倾向
　　不锈钢具有较高的热裂纹敏感性，在焊缝及近缝区都有产生热裂纹的可能。热裂纹通常可分为凝固裂纹、液化裂纹和高温塑裂纹三大类，由于裂纹均在焊接过程的高温区发生，以又称高温裂纹。凝固裂纹主要发生在焊缝区，最常见的弧坑裂纹就是凝固裂纹。液化裂纹多出现在靠近熔合线的近缝区。在多层多道焊缝中，层道间也有可能出现液化裂纹。对于高温失塑裂纹，通常发生在焊缝金属凝固结晶完了的高温区。
　　(2)焊接接头的耐蚀性
　　①晶间腐蚀根据不锈钢及其焊缝金属化学成分、所采用的焊接工艺方法，焊接接头可能在三个部位出现晶间腐蚀，包括焊缝的晶间腐蚀、紧靠熔合线的过热区"刀蚀"及热影响区敏化温度区的晶间腐蚀。
　　②应力腐蚀开裂不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，通常表现为无塑性变形的脆性破坏，危害严重，它也是最为复杂合难以解决的问题之一。影响应力腐蚀开裂的因素有焊接残余拉应力，焊接接头的组织变化，焊前的各种热加工、冷加工引起的残余应力，酸洗处理不当或在母材上随意打弧，焊接接头设计不合理造成应力集中或腐蚀介质的局部浓度提高等等。
　　(3)焊接接头的脆化
　　对于不锈钢除了耐腐蚀性和抗氧化性之外，在低温时的使用性能也是及其重要的，焊接金属的塑韧性就成为关键性能。
　　四．不锈钢的焊接方法
　　许多焊接方法都可用于不锈钢的焊接，但对于不同类型的不锈钢，由于其组织性能存在较大的差异，焊接性也各不相同，因此，不同的焊接方法对于不同类型的不锈钢具有不同的适用性。在选择焊接方法时，要根据不锈钢母材的焊接性，对焊接接头力学性能、耐蚀性能的综合要求来确定。例如埋弧焊时一种高效优质的焊接方法，对于含有少量铁素体的奥氏体不锈钢焊缝来讲，通常不会产生焊接热裂纹，但对于纯奥氏体不锈钢焊缝，由于许多焊剂向焊缝金属中增硅，焊缝金属的热裂纹敏感性大，因此一般不采用埋弧焊焊接纯奥氏体不锈钢，除非采用特殊的焊剂。当焊接接头的耐蚀性要求高时，钨极氢弧焊等惰性气体保护焊具有明显的优势。对于一些特种焊接方法，如电阻点焊、缝焊、闪光焊及螺柱焊，也可用于不锈钢的焊接，与普通低碳钢相比，由于不锈钢具有较高的电阻和较强的高度，因此需要较低的焊接电流和较大的压力或顶锻力。钎焊也广泛用于不锈钢的连接，母材类型不同，钎焊温度也不相同，与普通碳钢相比，不锈钢用钎剂有较强的腐蚀性，为了防止残留的钎剂对钎焊接头的腐蚀，需对钎焊接头予以仔细的清理。
　　小结与展望
　　虽然不锈钢作为一种十分成熟的材料，但随着科技的进步，金属镁及其合金是目前可应用的最轻的结构材料，具有钢不可替代的性能，如高比强度、高比弹性模量、高阻尼减震性和极低的密度，及易回收利用等一系列优点，被称为"21世纪的绿色材料"，被广泛应用于航空、航天、汽车、计算机、通讯和家电等行业。北美从80年代中期开始在汽车上使用镁合金，每年以16. 6%的速度增长，其中增长最快的是压铸件，占70%-80%。世界范围内的汽车用镁合金也以较大比例增长。另外，镁还有其它优点如:好的吸湿能力、流动性、机械加工性能和电磁干扰屏蔽性能!a-iul0镁的这些特性在汽车制造业中的应用符合人们对汽车工业发展的要求:减轻车重、提高燃料经济性、降低排放、提高安全性。由此，北美、欧洲、日本、韩国的汽车用镁合金量大大增加。焊接作为材料成型，优化结构降低加工成本的重要方法，必然会得到广泛的采用。在今后汽轮机的应用中，会将镁及其合金很多的应用其中，对其的焊接技术将在日后作为研究的重点。
　　参考文献
　　[1]陈富根.汽轮机制造中的焊接技术.【期刊】上海汽轮机.1984-04-01.

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