譚蓉

(昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南昆明650093)

進(jìn)口253MA材質(zhì)管件的焊接工藝研究

譚蓉

(昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南昆明650093)

253MA材料是由國外廠家生產(chǎn)的一種高級(jí)耐高溫耐腐蝕不銹鋼。介紹了這種材料的主要特點(diǎn)和用途，并針對(duì)采用253MA材料的管件，設(shè)計(jì)了一套可自動(dòng)切割和焊接的裝置，選擇了切割、焊接方法和設(shè)備，以及焊絲的種類和直徑。通過焊接試驗(yàn)確定了相應(yīng)的焊接參數(shù)和焊接工藝，并測試了樣件的焊縫組織和性能。結(jié)果表明：焊縫質(zhì)量完全滿足要求，較好地解決了這一材質(zhì)管件的焊接問題，研究結(jié)果具有一定的參考價(jià)值。

253MA；焊接；焊接工藝；焊接方法；焊接材料

0 前言

253MA材料是Avesta Sheffield AB公司的一種商品標(biāo)志，瑞典Sandvik steel公司也使用這一標(biāo)志，美國鋼鐵學(xué)會(huì)(AISI)則為S30815。253MA材料是一種高級(jí)不銹鋼，其Cr和Ci含量較高，具有較好的抗高溫氧化性，空氣中的耐熱溫度可達(dá)1 150℃。由于253MA具有良好的高溫抗氧化性、抗腐蝕性能，且價(jià)格較貴，因此通常應(yīng)用于一些要求較高的場合。關(guān)于這種進(jìn)口材料的焊接問題，如采用什么焊接設(shè)備和焊材，規(guī)范參數(shù)如何選擇等，國內(nèi)可供查閱的資料很少，因此對(duì)這些問題進(jìn)行一些研究是有意義和價(jià)值的。

1 自動(dòng)切割和焊接設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型

試驗(yàn)所用253MA管材構(gòu)件長度約3 m，管徑φ 400 mm，壁厚12 mm，焊接接頭為管對(duì)接。為保證焊透，焊接質(zhì)量好，無焊接缺陷，焊接前需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行切割加工。由于構(gòu)件較長，采用機(jī)械加工方法，在施工現(xiàn)場不宜實(shí)現(xiàn)，必須采用其他加工方法。253MA材料含有較多的Cr、Ni，無法采用氧－乙炔火焰氣割加工?？紤]到管件切口對(duì)焊接的質(zhì)量影響較大，因此選定自動(dòng)空氣等離子切割。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切割和焊接，在此設(shè)計(jì)了一套簡易單回轉(zhuǎn)式焊接變位工裝夾持構(gòu)件自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，且轉(zhuǎn)動(dòng)速度可調(diào)節(jié)。另外，還設(shè)計(jì)了焊槍和切割槍的位置調(diào)節(jié)及夾持裝置，以方便切割和焊接操作。對(duì)于253MA材料的焊接方法選擇，與其他不銹鋼的焊接基本一致。為此，選用了100 A逆變式空氣等離子切割機(jī)，配用水冷型等離子切割槍；選用了WS－400逆變式氬弧焊機(jī)和NB－500逆變式氣體保護(hù)焊機(jī)，分別用于焊縫的打底和填充焊接。

試驗(yàn)表明該裝置不僅可實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)切割，還可實(shí)現(xiàn)環(huán)縫的自動(dòng)焊接，達(dá)到一機(jī)兩用的目的。

2 焊接工藝的制定

2.1 焊接方法和焊接材料的選擇

對(duì)于253MA不銹鋼材料的焊接，可選用的焊接方法主要有TIG焊和MIG焊。考慮到工件的尺寸和厚度較大，以及生產(chǎn)效率等因素，打底焊縫采用TIG焊手工完成，以保證根部焊縫熔合良好，不產(chǎn)生未焊透、咬邊等焊接缺陷。其他焊縫的填充則采用MIG焊自動(dòng)完成。焊絲選用瑞典Sandvik公司的22.12HT。22.12T焊絲具有良好的抗高溫氧化性，在空氣中的耐高溫溫度達(dá)1 150℃，完全滿足253MA材料的焊縫性能要求，其化學(xué)成分如表1所示。TIG焊時(shí)，焊絲直徑φ 2 mm，長度600 mm；MIG焊時(shí)，焊絲直徑φ 1.2 mm。

表122 .12T焊絲的化學(xué)成分%

2.2 接頭形式

焊件為管對(duì)接，由于管子壁厚12 mm，為保證接頭焊透和焊縫合格，焊接前工件應(yīng)開坡口，坡口的形式和尺寸設(shè)計(jì)為V型坡口，坡口角度60°，鈍邊尺寸0.5～1 mm，根部間隙1～2 mm。

2.3 焊接

焊前應(yīng)清理焊口及兩側(cè)周圍10～20 mm范圍內(nèi)的污物，直到露出金屬光澤。點(diǎn)固焊的要求與正式焊接時(shí)的要求相同，不得有任何焊接缺陷存在。

TIG焊打底時(shí)要防止背面焊縫產(chǎn)生焊接缺陷。打底焊縫在質(zhì)檢后應(yīng)盡快進(jìn)行下一層焊接。TIG焊打底焊接參數(shù)如表2所示。

TIG焊打底經(jīng)過檢驗(yàn)焊縫合格后，采用Ar氣保護(hù)、MIG焊填充焊接。采用直流反接，以獲得良好的熔深。MIG焊焊接規(guī)范參數(shù)如表3所示，焊接效果較為理想。

表2 TIG焊打底焊接規(guī)范參數(shù)

表3 MIG焊焊接規(guī)范參數(shù)

2.4 質(zhì)量檢測

2.4.1 化學(xué)成分檢測

試件焊縫金屬化學(xué)成分如表4所示?？梢钥闯?，焊縫的化學(xué)成分滿足使用要求。

表4 焊縫化學(xué)成分%

2.4.2 微觀組織

焊后檢查焊縫微觀組織，其組織為奧氏體。

2.4.1 機(jī)械性能檢測

試件焊縫金屬力學(xué)性能如表5所示?？梢钥闯觯汉缚p的機(jī)械性能良好，可以滿足使用要求。

表5 焊縫機(jī)械性能

2.5 現(xiàn)場焊接

采用上述焊接工藝進(jìn)行現(xiàn)場施工，焊后對(duì)焊縫進(jìn)行100%RT和100%UT檢驗(yàn)，結(jié)果表明：焊縫接頭無焊接缺陷，焊縫成形良好。

3 結(jié)論

(1)選擇的焊接材料和方法完全可滿足253MA材質(zhì)管件的焊接要求。

(2)提出的切割和焊接的工藝方法切實(shí)可行，能夠較好地解決253MA材質(zhì)管件的自動(dòng)切割和焊接問題，焊縫質(zhì)量滿足使用要求。

[1]美國金屬學(xué)會(huì).金屬手冊(cè)(第十卷)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986.

Study on the welding process and parameters of 253MA imported material pipe fittings

TAN Rong
(Dept.of Mechatronic Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China)

The imported material 253MA is a high grade high temperature and corrosion resistance stainless steel.The main features and purpose of this material are pointed out in this paper.In view of this material pipe fitting，a set of automatic cutting and welding equipment is designed.The cutting and welding method，equipments，and a kind of the welding wire and its diameter are selected.Some appropriate welding parameters and welding process are decided by using welding test method.Structure and mechanical properties measurement of weld are completed by means of 253MA material sample.The experiment results show that welding joint's quality is good and meets the quality requests.The welding problem of the imported material 253MA pipe fitting is successfully solved.These research results make contributuions to weld other 253MA material.

253MA；welding；welding process；welding method；welding material

book=83,ebook=226

TG457

B

1001－2303(2010)10－0083－02

2010－03－15

譚蓉(1968—)，女，安徽阜陽人，副教授，碩士，主要從事焊接設(shè)備、微波干燥技術(shù)和設(shè)備、機(jī)器人及自動(dòng)化機(jī)構(gòu)、材料、工藝方面的研究和設(shè)計(jì)工作。