奧氏體不銹鋼薄壁管兩種焊接方法的對比

中國能建新疆電力建設(shè)公司 （ 烏魯木齊 830049） 劉文江 武麗琴 李忠明 梁長生

1.概述

我公司以往焊接低壓不銹鋼管，一直采用手工鎢極氬弧焊方法。采用此方法，焊縫根部保護(hù)效果不是很好。焊接過程中鐵液發(fā)粘，焊接操作有一定的難度。另外由于管壁較薄，熱輸入較大，使焊出的焊縫表面不均勻、顏色發(fā)烏、發(fā)暗，不是根部熔合不好，就是產(chǎn)生未焊透等缺陷。為此，我公司組織技術(shù)熟練的焊工和有豐富經(jīng)驗(yàn)的焊接工程師，采用藥芯焊絲打底、相匹配的焊絲蓋面的焊接方法，使以上問題基本得到了解決。其適用奧氏體不銹鋼薄壁管道的焊接。

2.工藝原理

針對不銹鋼管壓力在0.1～1MPa，溫度在0～50℃；管徑一般在50～200mm，壁厚一般在2～5mm，沒有特殊要求。

（1）奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn) 第一，焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，主要是其枝晶方向性強(qiáng)，線膨脹系數(shù)大，焊縫冷卻時(shí)收縮應(yīng)力大，容易出現(xiàn)熱裂紋，并且變形傾向大。焊接時(shí)采用低氫焊接材料，促使焊縫金屬晶粒細(xì)化，減少焊縫中的有害雜質(zhì)，提高焊縫的抗裂性；采取較小的焊接電流，盡量快的焊接速度，等前層焊縫冷卻到要求溫度后，再焊下一道焊縫，以減小焊縫過熱；焊接結(jié)束或中斷時(shí)，注意收弧質(zhì)量，填滿弧坑，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。

第二，奧氏體不銹鋼在450～850℃停留時(shí)，奧氏體晶粒內(nèi)的碳會以Cr23C8形式沿奧氏體晶界析出，使晶界的晶粒表層貧鉻。在焊接過程中，母材和焊縫金屬的局部區(qū)域在此危險(xiǎn)溫度區(qū)域內(nèi)停留時(shí)，會給焊接接頭造成晶間腐蝕。焊接中，采用盡可能快的焊接速度，基本不作橫向擺動；多道焊時(shí)，等前一道焊縫冷卻到60℃左右時(shí)，再焊下一道；盡量減少焊接接頭在危險(xiǎn)溫度范圍內(nèi)停留的時(shí)間。焊接過程中可采取強(qiáng)制冷卻措施。

（2）根部打底焊接 采用藥芯焊絲，內(nèi)壁可不用充氬保護(hù)，用H1Cr19Ni9Ti焊絲填充蓋面。焊層不宜太厚，以減少焊縫的熱輸入，從而降低層間溫度，避免焊縫背面氧化。

3.施工工藝流程及操作要領(lǐng)

（1）施工工藝流程 工藝流程如圖1所示。

（2）操作要點(diǎn) 手工鎢極氬弧焊，直流正接。

第一，坡口角度。焊接時(shí)為保證坡口兩側(cè)熔合好，坡口角度為30°～35°，鈍邊0.5～1mm，

第二，對口間隙為2.5～3mm，間隙太小容易造成未焊透，間隙過大，填充金屬量大，焊接速度相對減慢，熱輸入量增加，從而造成合金元素?zé)龘p。對口間隙如圖2所示。

第三，坡口清理。管口在組對前應(yīng)將母材內(nèi)外壁每側(cè)10～15mm內(nèi)的塵、水、漆、銹、氧化膜等清理干凈，直到呈現(xiàn)金屬光澤。尤其是外層氧化膜要打磨干凈。

第四，選擇合理的焊接參數(shù)。奧氏體鋼在焊接過程中有熱裂紋傾向及鉻燒損遷移，因而應(yīng)注意控制焊接熱輸入及層間溫度。焊接電流是影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，電流過小，缺少足夠的熱輸入，不能使母材充分熔化，形成未焊透；電流過大，焊接熱輸入量大，使得焊縫容易過燒氧化。電弧電壓應(yīng)適中，電壓過小電弧吹力較小，同樣影響母材的熔化，而且電壓對電弧有約束力，可以使電弧穿透力增強(qiáng)。經(jīng)過摸索比較，確定打底電流為80～100A，而蓋面電流為80～90A，這樣有利于層間溫度的控制，從而確保焊接質(zhì)量。

圖1 工藝流程

圖2 對口間隙

第五，層間溫度。薄壁管焊接過程中，因熱量不易散失，焊縫溫度容易升高，導(dǎo)致層間溫度過高。因此層間溫度應(yīng)該控制100℃以下，待焊縫溫度降到60℃以下，再進(jìn)行次層的焊接。這樣既可以減少焊接接頭在危險(xiǎn)溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間，又可以使焊縫外觀呈現(xiàn)金黃色或銀白色。同時(shí)因?yàn)楣て诰o，我們選擇多道焊口依次順序焊接，這樣可以在焊口降溫的同時(shí)，不耽誤工期。

具體焊接參數(shù)如表1所示。

表1 焊接參數(shù)

（3）焊層設(shè)計(jì) 焊接時(shí)，根部焊縫不宜過厚，也不能太薄。根部過薄時(shí)容易燒穿，過厚時(shí)熱輸入量增加，層間溫度升高，焊縫易被氧化。根層厚度控制在1.5～2mm，蓋面層控制在1.5～2mm。采用多層多道焊，如圖3所示。

圖3 焊層設(shè)計(jì)

4.焊接材料與設(shè)備

（1）焊接材料 打底焊絲TGF—308L，φ2.0mm；填充蓋面焊絲H1Cr19Ni9Ti，φ2.0mm；鎢極：Wce－2.0，φ2.5mm；氬氣純度≥99.95%。打底焊絲化學(xué)成分如表2所示，填充蓋面焊絲化學(xué)成分如表3所示。

（2）焊接設(shè)備 高頻引弧專用的TIG 160S/TIG—400S氬弧焊機(jī)；QQ—150氣冷式脈沖氬弧焊槍。

表2 打底焊絲（TGF－308L）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表3 填充蓋面焊絲（H1Cr19Ni9Ti）化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

5.焊接質(zhì)量控制

（1）質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) DL/T869—2004《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》、《火電施工質(zhì)量檢驗(yàn)及評定標(biāo)準(zhǔn)》建質(zhì)1996-111號、DL/T679—1999《焊工技術(shù)考試規(guī)程》。

（2）焊接質(zhì)量控制措施 第一，工藝的執(zhí)行力是保證焊接質(zhì)量的前提。嚴(yán)格地控制層間溫度、焊接電流和焊道厚度是保證焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。

第二，選用帶有高頻引弧的專用氬弧焊機(jī)及質(zhì)量合格的焊絲、鎢棒，并嚴(yán)格控制焊接參數(shù)，減小焊接熱輸入，注重焊接層道的排列，能夠明顯提高不銹鋼薄壁管焊縫的合格率。

第三，高質(zhì)量的焊接，需要高素質(zhì)的焊工，這需要加強(qiáng)焊工的培訓(xùn)和焊工自我質(zhì)量意識的提高，同時(shí)激發(fā)他們的積極性。

第四，執(zhí)行三級驗(yàn)收制度，加強(qiáng)過程控制。

（3）焊接質(zhì)量對比 我公司不銹鋼管的焊接統(tǒng)計(jì)情況及質(zhì)量對比如表4所示。

表4 焊接質(zhì)量對比

根據(jù)以上對比：第二種焊接方法焊接缺陷的幾率比第一種焊接方法，未熔合少23%，發(fā)黑/發(fā)烏少24%，根部氧化少40%。由此可見， 第二種焊接方法的優(yōu)越性是非常明顯的。

6.效益分析

以材質(zhì)1Cr18Ni9Ti，規(guī)格φ159mm×4mm為例進(jìn)行效益分析，其結(jié)果如表5所示。

表5 效益分析

第一種焊接方法比第二種焊接方法所需的時(shí)間長、工時(shí)多。并且φ76mm以下小管，管徑小充氬難度非常大，而且效果不好。

7.結(jié)語

火力發(fā)電廠的低壓不銹鋼管，如除鹽水管道、凝結(jié)水精處理管道、儀表用壓縮空氣管道等，材質(zhì)是1Cr18Ni9Ti，以往的焊接是采用簡易鎢極氬弧焊，即管子內(nèi)部充氬，用相匹配的焊絲打底蓋面的方法。這種焊接方法既費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，又費(fèi)材料，有些焊縫根本無法充氬保護(hù)，如平焊法蘭、管件等。同時(shí)該方法不僅速度慢、效率低，而且做氣室費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)材料。稍有疏忽，充氬保護(hù)效果不佳，焊接質(zhì)量很難保證。采用藥芯焊絲打底，相匹配的焊絲蓋面的焊接方法，不需要進(jìn)行內(nèi)壁充氬，既省時(shí)、省工、省材料，又能保證焊接質(zhì)量。

綜上所述，此方法具有施工簡單，經(jīng)濟(jì)且能保證焊接質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，施工安全可靠，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益比較顯著。