S32168不銹鋼A132焊條脫渣性問題分析及改進

趙柏祥

（浙江巨化裝備工程集團有限公司，浙江 衢州324004）

在化工設備生產過程中，焊接脫渣性對焊縫質量有重要作用，粘渣現象容易造成焊縫夾雜、成型不好等缺陷，降低了生產效率，增加了工作周期和勞動成本[1]。不銹鋼設備在化工領域中應用廣泛。S32168 不銹鋼在不同含量、不同溫度的有機酸和無機酸中，尤其是在氧化性介質中具有良好的耐磨蝕性能，用于制造耐磨酸容器和耐磨設備的襯里、輸送管道。S32168不銹鋼是Ni-Cr-Ti型奧氏體不銹鋼，其性能與304非常相似，但是由于加入了作為穩定化元素的Ti，因而使其具有了更好的耐晶界腐蝕性及高溫強度；相比304不銹鋼，使其更有效地控制了碳化鉻的形成。

我公司制造的1 臺塔設備，主體采用S32168不銹鋼鋼板，里口采用不銹鋼A132 焊條手工焊，外口采用ER321焊絲、HJ107焊劑埋弧自動焊。里口焊接完畢，進行埋弧自動焊后焊縫表面出現大量的粘渣現象。影響了產品質量，增加了打磨時間與生產成本，大幅降低了生產效率。

1 存在問題及分析

1.1 問題現象

在焊接某塔設備時出現了粘渣現象，焊渣堅硬、密實多孔并呈現暗灰色，多呈條狀，牢牢附著于焊縫表面，如圖1 所示。經打磨后的焊縫表面，焊縫表面不平整并呈暗灰色，仍然有些許焊渣依附于焊縫表面如圖2所示。

圖1 焊縫粘渣表面Fig 1 Appearance of welding slag at welding place

圖2 焊縫打磨后表面Fig 2 The surface of buffed welding seam

1.2 對比焊接實驗

為了有效地找到粘渣問題所在，采用對照法進行焊接對比實驗。對照組為全部埋弧焊作；實驗組先用A132 焊條打底，再用埋弧焊蓋面。焊接控制參數見表1。

表1 對比實驗焊接參數Tab1Comparisonof differentweldingexperiments’parameters

試板長度均為400 mm，板材坡口角度及鈍邊見圖3。

圖3 板材坡口角度及鈍邊Fig 3 Weld Groove angle and truncated edge

對照組S32168 鋼板進行全部埋弧自動焊焊接，厚度12mm，焊絲為ER321，焊劑為HJ107（300～350℃烘2 h）；實驗組對焊接表面進行打磨清理，使其呈金屬光澤，確保清理干凈，進行埋弧焊焊接。

實驗過程遵循2方面原則：1)嚴格遵循焊接控制程序，焊材現用現取，確保焊材的干燥；2)嚴格控制層間溫度和線能量，焊后均進行空冷降溫過程，使溫度保持在焊接工藝規范范圍內。

焊后表面成型及脫渣情況如圖4。

圖4 對比實驗焊縫Fig 4 Comparison of different welding conditions

由圖4可以看出，全部埋弧自動焊的對照組表面較美觀，而采用手工焊打底的實驗組則有些許的焊渣，但是相較于（圖1）的整體焊縫成型質量好很多，焊渣相對較少。

1.3 原因分析

通過對比實驗和相關數據，并結合實際生產過程中所出現脫渣性差的問題進行分析。

1）焊材控制。塔設備制造過程中所使用的焊材沒有嚴格遵循焊接控制程序，焊條沒有及時回收，焊材使用管理不當，含有已保溫效果失效、變涼、受潮的焊材，不利于脫渣。

2）溫度控制。從對比實驗來看，實驗組的焊接結果仍然有些許的粘渣現象存在，而沒有手工焊的對照組焊縫則沒有粘渣現象，與表1對照組焊接參數相比，出現脫渣困難的設備（表2），焊道間隙窄，坡口線能量較大，使得焊縫金屬層間溫度并沒有降下來就進行反面進行氣刨清根、打磨，隨之進行埋弧焊，造成層間溫度升高，焊渣受溫度影響不易脫落，脫渣效果自然大幅降低。

表2 脫渣困難設備實際焊接參數Tab 2 Welding parameters of devices which is hard to remove slag

3）Nb元素的影響。A132焊條中存在Nb[2]。Nb是一種活潑元素，可以與多種氧化物進行反應，Nb 的加入是更好的對保護焊縫有益的元素，如Ti。Nb 比Ti 活潑，比Ti 易發生氧化，從而更好的保護Ti。一方面Nb 易與金屬化合物結合在一起形成化合物；另一方面，Nb 對氧的反應強于Ti 對氧的反應，且易與焊縫中的高價氧化物分解出的氧發生反應，反應的結果使Nb 在焊接冶金過程中部分被燒損，生成一定的NbO 和FeO，使得FeO 的量增加，從而容易產生粘渣。氧化鐵在熔渣和金屬之間發生強烈的交換生成一層FeO膜，這層氧化物膜牢固地粘在金屬表面，渣中存在NbO 等，與硅酸鹽形成較穩定尖晶石結構，它們的晶格又搭建在焊縫金屬表面上的氧化鐵的晶格上，與氧化鐵牢固的結合在一起。這樣，FeO膜就像粘結劑一樣，把熔渣和焊縫金屬牢固的粘在一起，使熔渣很難清除。

2 改進措施及效果

針對上述分析，在設備焊接過程采取了以下措施：

1）嚴格遵循焊接控制程序，加強焊材管理，未用焊條及時進行回收；加強焊材使用過程中的保溫管理，保溫失效及長時間暴露在空氣中受潮的焊材要及時回收處理。在焊接過程中嚴格遵守隨用隨取的原則，確保焊材的可用性和時效性。

2）加強溫度控制，嚴格按照焊接工藝參數，控制焊縫焊道間隙、焊接線能量和層間溫度，焊后進行空冷降溫，盡可能避免焊接過程中不宜于脫渣的化合物的形成。

3）從Nb 元素及其化合物的微觀反應上，通過控制線能量與層間溫度來降低Nb 元素在焊接冶金過程中對焊縫的不利影響。

4）加強環境因素控制，保持環境清潔，防止鐵離子對不銹鋼板的污染。采用黑白分離的方式單獨堆放不銹鋼板，從而控制外界環境因素帶來的Fe 影響，通過控制高溫減少焊縫中O 的含量，從而減少FeO膜的含量。

采取以上改進措施后，焊縫粘渣現象得到很大改善，見圖5。焊縫成型情況大幅提高，脫渣性良好，焊縫合格率達到98%以上，較之前提高了近1倍。焊縫焊后打磨作業周期較改進前縮短一半時間，節省了生產周期和人工成本，效果顯著。同時，脫渣效果的提高，使打磨過程中產生的粉塵也隨之減少。

圖5 實施改進措施后未打磨的焊縫Fig 5 Unpolished welding seam after taking improvement measures

3 結束語

通過對生產過程中焊縫脫渣性差的問題進行對比實驗和分析，采取改進措施后，有效地改善了S32168鋼材使用A132焊條和ER321+HJ107埋弧自動焊組合焊后造成的脫渣困難現象，從而有效地保證了焊縫的成型與質量。脫渣性提高，提高了焊縫打磨效率，減少了打磨過程中造成的飛濺物與粉塵，從而減少了人工成本。

焊縫合格率的提高，縮短了生產周期，也提高了設備的整體質量。