奥氏体不锈钢管的现场焊接工艺

缪剑波

在火力发电及石油化工工程中，奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti和0Cr18Ni9)管焊接量相当大，这些管道都为压力管道，焊接质量要求高，并要求全部采用钨极氩弧焊进行打底。

对于奥氏体不锈钢管打底层的焊接，以往采用手工钨极氩弧焊配以实芯焊丝施焊方式，管内充Ar防止焊缝根部氧化，保证焊缝内部质量。但是管内充Ar在现场施工难度大，设备、罐体联头和长管道焊接时充Ar量大，特别是高空作业更不利于施工，且辅助用工多，很不经济。为解决这些问题，保证焊缝质量，在施工中，对打底层采用药芯焊丝钨极氩弧焊(TIG)，填充、盖面采用气体保护金属极电弧焊(MAG)。

TIG打底焊选用Φ2mm的SQA308-T不锈钢药芯焊丝，MAG填充及盖面焊选用Φ1.0mm的KMS-308不锈钢焊丝，焊丝熔敷金属的化学成分及力学性能见表1。

表1 焊丝熔敷金属化学成分及力学性能

化学成分(质量分数，%)								力学性能
	C	Si	Mn	Cr	Ni	S	P	σb/MPa	δ(%)
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

焊接工艺试验及参数

(1)坡口尺寸的选择

由于奥氏体不锈钢的线膨胀系数大(比碳钢约大40%)，焊接时变形大，如果选用的坡口较大，则将会增加填充金属，且焊缝高温停留时间长，增加了产生晶间腐蚀及热裂纹的可能性，同时也降低了焊接速度，加大了变形量，所以在保证焊缝质量的前提下，适当采用较小的坡口尺寸。坡口尺寸为50°～55°，但组对间隙适当加大，约为2.5～3.0mm，钝边为0.5mm。因为药芯焊丝在焊接时有熔渣，要有利于熔渣流到焊缝根部以保护背面焊缝不受氧化。

(2)焊前准备

清理油污，并将坡口面及周围10mm内修磨出金属光泽，严格按要求加工坡口及组对尺寸；检查水、电、气路是否畅通，设备状态应良好。

(3)焊接温度的控制

奥氏体不锈钢焊接时控制层间温度对避免产生晶间腐蚀及热裂纹尤其重要，并可控制焊缝的氧化。控制可采用空冷或水冷的方式进行降温，层间温度控制在50～60℃。

(4)焊接工艺参数

经焊接工艺试验，拟定出其焊接工艺参数见表2、表3所示。

表2 TIG 焊工艺参数

电流/A	电压/V	氩气流量/(L·min-1)	焊接速度/(mm·min-1)	极性	钨极直径/mm	喷嘴直径/mm
75～120	10～12	7～9	40～50	DCSP	2.5	8～10

表3 MAG 焊工艺参数

焊接电流/A	电弧电压/V	保护气体	气体流量/min	极性
100～110	17～19	80%Ar+20%CO2	9～12	DCRP

(5)操作要求

打底焊接时，焊枪角度、焊丝角度与碳钢焊接基本相同。在焊接过程中，焊枪要做圆弧形摆动，其目的是使铁水和熔渣加速分离，便于观察熔池。同时，可增加母材坡口两侧热输入量，防止出现单边未熔合。在填充焊丝时，应将焊丝送到熔池根部，并向下轻压一下，以保证根部熔透及根部内成形。焊丝送入、取出的频率要比实芯焊丝快。焊丝取出的距离应使焊丝的端部在氩气保护区内，以免端部氧化。收弧时，应将弧坑填满。如发现弧坑裂纹、缩孔等缺陷，应清除干净后再焊．以保证焊缝质量。盖面焊时，焊前注意喷嘴及导电嘴是否清理干净，气体流量的大小是否合适，清理打底层表面，控制层间温度。因填充、盖面层用气体保护焊，焊丝伸出长度的长短对焊接过程的稳定性影响较大，焊丝伸出长度越长，焊丝电阻值增大，焊丝过热而成段熔化，结果焊接过程不稳定，金属飞溅严重，焊缝成形不良，对熔池的保护不好；焊丝伸出长度过短，则焊接电流增大，喷嘴与工件的距离缩短，焊接视线不清，焊道成形不良，同时还会使喷嘴过热，造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴，从而影响气体流量。在MAG焊过程中，焊丝伸出长度为8～9mm，焊枪摆动幅度、频率、速度及边缘停留时间配合适当，动作协调一致，随时调整焊枪角度，使焊缝表面边缘熔合整齐，成形美观，以保证填充及盖面层质量。焊接时，焊枪角度要跟管子轴线垂直，因为管子是圆的，所以焊枪角度要随时变化，这样才能保证焊缝质量，避免焊缝产生气孔、夹渣等现象。焊时采用小月牙形摆动，两侧稍作停留稳弧，中间速度稍快，这样可以避免焊出的焊缝凸起、不平整；上、下接头都要越过中心线5～10mm，后半圈填充、盖面仰焊接头时，可把前半圈引弧焊接位置磨一个缓坡，使后半圈接头时不致于产生缺陷；填充时，要注意坡口边缘不要被电弧擦伤，以备盖面层焊接。盖面时，应在坡口边缘稍作停顿，以保证熔池与坡口更好地熔合，焊接过程中焊枪的摆动幅度和频率要相适应，以保证盖面层焊缝表面尺寸和边缘熔合整齐。

对所焊接头进行射线探伤、力学性能测试、化学分析、硬度测量及焊缝晶间腐蚀试验，结果是：射线探伤按JB4730-94标准Ⅱ级合格，经评定为合格；晶间腐蚀试验按GB23345-90标准，合格；硬度值为78.6～87.1HB。经工艺试验评定，焊缝外观成形美观，背面保护质量好，克服了根部氧化问题，焊接质量优良。

在PVC工程施工中，对下列规格的奥氏体不锈钢管按上述工艺进行了焊接：Φ57mm×3.5mm、Φ89mm×7mm、Φ108mm×8mm、Φ133mm×10mm、Φ159mm×10mm、Φ325mm×14mm、Φ426mm×16mm。对各焊口进行了X射线检验，一次合格率达95%以上。焊缝成形美观，根部成形熔透均匀，内部质量好，解决了根部氧化问题，焊接质量优良。