不锈钢焊接时背面保护方法

请读者注意，学习的内容为国家能源局2023年12月28日发布，2024年6月28日实施的中华人民共和国能源行业标准：NB/T 47014-2023 承压设备焊接工艺评定。术语和定义中的3.12-3.13 面弯、背弯和侧弯：“面弯”，给出的定义为“弯曲试样受拉面为焊缝正面的弯曲。具有较大焊缝宽度的面为正面，当两面焊缝宽度相等则先完成盖面层焊缝一侧为正面。”对于焊缝正面和背面的说法是相对的，我们可以用焊根、焊址来做辅助说明。比如单边的V形、U形坡口的接头，一般坡口底部最先焊接，称为焊根，最后盖面的时候焊缝边缘与母材的交界处就是焊址，从这块来说，那就是焊根处的外表面就焊缝的背面，而盖面处的就是焊缝的正面。如果是双V形、双U形的坡口，一般小坡口处的外表面就是焊缝的背面，大坡口的外表面就是焊缝的正面。焊接时为了保证焊缝的质量，经常会有背面清根后再焊一道的工艺措施。弯曲试验通常用三点弯曲，试验平放在两支点上，中间点是压头，压头施加载荷时，与压头接触的表面受压，与两支点同平面的表面受拉。面弯、背弯和侧弯，考核的主要是焊接接头的塑性。塑性是指断裂前金属产生塑性变形的能力。通常用延伸率δ和断面收缩率ψ衡量材料的塑性，其中ψ更能体现材料的真实应变。δ指试样拉断后标距增加的长度与原标距长度百分比； ψ指试样拉断后断裂处截面积最大缩减量与原试样截面积百分比。工程上将δ³5%的材料称为塑性材料，反之则称为脆性材料。零件的材料具有一定塑性时，可以提高承载能力，一旦超载则可以通过塑性变形产生形变强化（加工硬化）使材料的强度增加，要想使材料进一步变形乃至断裂，需要更大的载荷，因此使材料可以抵抗突然断裂（见《工程材料与焊接基础》，上海交通大学出版社，2019年）。知道这些就能知道做焊接接头弯曲试验的用意了。对于长输管线，其中有一项重要的研究内容就是抗大变形管线钢的研发，这是由于在长达几十、上百甚至上千公里的长输管线，可能要经过极地、荒漠、山地、海底（湖底）以及地震断裂带等极限区域，尤其是一旦发生地震、滑坡、泥石流等自然灾害，管线钢需要有抗大变形的能力，否则一旦发生泄露（比如天然气），危害性极大。对于弯曲试验来说，经常会遇到弯曲试验过不了，因此就有人支招，用强度等级低一些的焊材焊接，弯曲性能轻松过关。这个就涉及强度设计里到底是高强匹配好呢？还是低强匹配好，或者是等强匹配。对于一般的钢结构来说，采用等强匹配比较常见。这主要和结构的服役条件及结构本身的性能特点有关，如果实在达不到设计要求，需要和设计部门协商，不建议私自降低焊接材料强度等级来满足弯曲试验。弯曲试验对焊接接头的质量要求很高，如果出现气孔、夹渣、裂纹、未熔合等缺陷，一般会在试样的受拉面开裂。所以除了焊材选择要适当外，焊接工艺规范参数很重要，尽量避免焊接缺欠从而保证接头的塑性。一提起塑性，就不能不提强度，某种情况下两者是此消彼长的关系，也就是说金属材料的强度越高，塑性越低，反之亦然。通常情况下，材料承受的载荷不超过ss就不会发生塑性变形，不大于s b就不会引起断裂。 选材时须在保证强度的前提下最大限度地减少自重，提高有效载荷。比强度（强度与密度的比值）是衡量材料承载能力的一个重要指标。比强度越高，同一零件的自重就越小，铝合金、钛合金的比强度高，因而在飞机、火箭等结构中得到广泛应用。 工程上不仅希望有高的ss，而且要有一定的屈强比(ss/s b)，屈强比越小，结构的安全性越高（比如建筑结构要求钢的屈强比不超过0.8，通常情况下某些高强钢焊接接头的屈强比高达0.98）。若突然超载，结构不会立即破断，否则材料强度的利用率很低，不能发挥材料的性能潜力。 金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，然后再同向加载，屈服强度升高；而反向加载，屈服强度降低的现象称为包申格效应。该现象对于管线钢UOE制管来说尤为重要。 封头制造厂用开平板进行生产，会经历多次包申格效应，比如板卷开平就经历过一次包申格效应；旋压成形再经历一次包申格效应；经过正火（碳钢、低合金钢）或者固溶处理（不锈钢）之后包申格效应会消失，但是经过两次或多次旋压变形之后（屈服强度降低程度增加）在后续的正火或固溶处理过程中可能会诱发开裂（如果材料洁净度不高），有些学者将其归因于不锈钢旋压过程中产生形变马氏体，个人认为证据稍显不足，即便产生了形变马氏体，在固溶处理过程中也会消除的，怎么就会开裂呢？ 对于压力容器球壳板的生产、球壳板组装和拼焊之后进行水压试验，就存在包申格效应，比较严重的就是压力容器在试压过程中发生严重的鼓包现象，与包申格效应是脱不了关系的。以上均与塑性相关，因此多有赘述，仅为个人观点供大家参考，不当之处请在评论区留言。来源：压力容器工程师