在火力發(fā)電及石油化工工程中，奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9)管焊接量相當大，這些管道都為壓力管道，焊接質(zhì)量要求高，并要求全部采用鎢極氬弧焊進行打底。
對于奧氏體不銹鋼管打底層的焊接，以往采用手工鎢極氬弧焊配以實芯焊絲施焊方式，管內(nèi)充Ar防止焊縫根部氧化，保證焊縫內(nèi)部質(zhì)量。但是管內(nèi)充Ar在現(xiàn)場施工難度大，設(shè)備、罐體聯(lián)頭和長管道焊接時充Ar量大，特別是高空作業(yè)更不利于施工，且輔助用工多，很不經(jīng)濟。為解決這些問題，保證焊縫質(zhì)量，在施工中，對打底層采用藥芯焊絲鎢極氬弧焊(TIG)，填充、蓋面采用氣體保護金屬極電弧焊(MAG)。
TIG打底焊選用Φ2mm的SQA308-T不銹鋼藥芯焊絲，MAG填充及蓋面焊選用Φ1.0mm的KMS-308不銹鋼焊絲，焊絲熔敷金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。
表1 焊絲熔敷金屬化學(xué)成分及力學(xué)性能
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化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù)，%) |
力學(xué)性能 |
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C |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
S |
P |
σb/MPa |
δ(%) |
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SQA308-T |
≤0.055 |
≤0.90 |
0.5～2.5 |
18～21 |
9～11 |
≤0.025 |
≤0.03 |
568 |
36.7 |
|
KMS-308 |
≤0.045 |
≤0.50 |
0.5～2.5 |
19～20 |
10～12 |
≤0.025 |
≤0.023 |
558 |
35.8 |
焊接工藝試驗及參數(shù)
(1)坡口尺寸的選擇
由于奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)大(比碳鋼約大40%)，焊接時變形大，如果選用的坡口較大，則將會增加填充金屬，且焊縫高溫停留時間長，增加了產(chǎn)生晶間腐蝕及熱裂紋的可能性，同時也降低了焊接速度，加大了變形量，所以在保證焊縫質(zhì)量的前提下，適當采用較小的坡口尺寸。坡口尺寸為50°～55°，但組對間隙適當加大，約為2.5～3.0mm，鈍邊為0.5mm。因為藥芯焊絲在焊接時有熔渣，要有利于熔渣流到焊縫根部以保護背面焊縫不受氧化。
(2)焊前準備
清理油污，并將坡口面及周圍10mm內(nèi)修磨出金屬光澤，嚴格按要求加工坡口及組對尺寸；檢查水、電、氣路是否暢通，設(shè)備狀態(tài)應(yīng)良好。
(3)焊接溫度的控制
奧氏體不銹鋼焊接時控制層間溫度對避免產(chǎn)生晶間腐蝕及熱裂紋尤其重要，并可控制焊縫的氧化?？刂瓶刹捎每绽浠蛩涞姆绞竭M行降溫，層間溫度控制在50～60℃。
(4)焊接工藝參數(shù)
經(jīng)焊接工藝試驗，擬定出其焊接工藝參數(shù)見表2、表3所示。
表2 TIG 焊工藝參數(shù)
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電流/A |
電壓/V |
氬氣流量/(L·min-1) |
焊接速度/(mm·min-1) |
極性 |
鎢極直徑/mm |
噴嘴直徑/mm |
|
75～120 |
10～12 |
7～9 |
40～50 |
DCSP |
2.5 |
8～10 |
表3 MAG 焊工藝參數(shù)
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焊接電流/A |
電弧電壓/V |
保護氣體 |
氣體流量/min |
極性 |
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100～110 |
17～19 |
80%Ar+20%CO2 |
9～12 |
DCRP |
(5)操作要求
打底焊接時，焊槍角度、焊絲角度與碳鋼焊接基本相同。在焊接過程中，焊槍要做圓弧形擺動，其目的是使鐵水和熔渣加速分離，便于觀察熔池。同時，可增加母材坡口兩側(cè)熱輸入量，防止出現(xiàn)單邊未熔合。在填充焊絲時，應(yīng)將焊絲送到熔池根部，并向下輕壓一下，以保證根部熔透及根部內(nèi)成形。焊絲送入、取出的頻率要比實芯焊絲快。焊絲取出的距離應(yīng)使焊絲的端部在氬氣保護區(qū)內(nèi)，以免端部氧化。收弧時，應(yīng)將弧坑填滿。如發(fā)現(xiàn)弧坑裂紋、縮孔等缺陷，應(yīng)清除干凈后再焊．以保證焊縫質(zhì)量。蓋面焊時，焊前注意噴嘴及導(dǎo)電嘴是否清理干凈，氣體流量的大小是否合適，清理打底層表面，控制層間溫度。因填充、蓋面層用氣體保護焊，焊絲伸出長度的長短對焊接過程的穩(wěn)定性影響較大，焊絲伸出長度越長，焊絲電阻值增大，焊絲過熱而成段熔化，結(jié)果焊接過程不穩(wěn)定，金屬飛濺嚴重，焊縫成形不良，對熔池的保護不好；焊絲伸出長度過短，則焊接電流增大，噴嘴與工件的距離縮短，焊接視線不清，焊道成形不良，同時還會使噴嘴過熱，造成飛濺物粘住或堵塞噴嘴，從而影響氣體流量。在MAG焊過程中，焊絲伸出長度為8～9mm，焊槍擺動幅度、頻率、速度及邊緣停留時間配合適當，動作協(xié)調(diào)一致，隨時調(diào)整焊槍角度，使焊縫表面邊緣熔合整齊，成形美觀，以保證填充及蓋面層質(zhì)量。焊接時，焊槍角度要跟管子軸線垂直，因為管子是圓的，所以焊槍角度要隨時變化，這樣才能保證焊縫質(zhì)量，避免焊縫產(chǎn)生氣孔、夾渣等現(xiàn)象。焊時采用小月牙形擺動，兩側(cè)稍作停留穩(wěn)弧，中間速度稍快，這樣可以避免焊出的焊縫凸起、不平整；上、下接頭都要越過中心線5～10mm，后半圈填充、蓋面仰焊接頭時，可把前半圈引弧焊接位置磨一個緩坡，使后半圈接頭時不致于產(chǎn)生缺陷；填充時，要注意坡口邊緣不要被電弧擦傷，以備蓋面層焊接。蓋面時，應(yīng)在坡口邊緣稍作停頓，以保證熔池與坡口更好地熔合，焊接過程中焊槍的擺動幅度和頻率要相適應(yīng)，以保證蓋面層焊縫表面尺寸和邊緣熔合整齊。
對所焊接頭進行射線探傷、力學(xué)性能測試、化學(xué)分析、硬度測量及焊縫晶間腐蝕試驗，結(jié)果是：射線探傷按JB4730-94標準Ⅱ級合格，經(jīng)評定為合格；晶間腐蝕試驗按GB23345-90標準，合格；硬度值為78.6～87.1HB。經(jīng)工藝試驗評定，焊縫外觀成形美觀，背面保護質(zhì)量好，克服了根部氧化問題，焊接質(zhì)量優(yōu)良。
在PVC工程施工中，對下列規(guī)格的奧氏體不銹鋼管按上述工藝進行了焊接：Φ57mm×3.5mm、Φ89mm×7mm、Φ108mm×8mm、Φ133mm×10mm、Φ159mm×10mm、Φ325mm×14mm、Φ426mm×16mm。對各焊口進行了X射線檢驗，一次合格率達95%以上。焊縫成形美觀，根部成形熔透均勻，內(nèi)部質(zhì)量好，解決了根部氧化問題，焊接質(zhì)量優(yōu)良。（榕霖）
