肖德銘,東巖,史文淵,張錫善

(天津電力建設(shè)公司,天津市,300380)

0 引言

馬氏體鋼、不銹鋼等高合金鋼在火電、核電、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,這些材料在焊接的過(guò)程中有一道共同的工序——根部保護(hù),保護(hù)方式現(xiàn)在主要有氣體保護(hù)(包括氬氣、氮?dú)饣蚧旌蠚怏w保護(hù)等)、涂抹保護(hù)劑、利用藥芯焊絲等,其保護(hù)目的就是為了避免根部氧化、獲得良好的焊縫成型和保證接頭的機(jī)械性能。由于充氬保護(hù)方式的保護(hù)效果穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、成本相對(duì)較低,是現(xiàn)在工程中最常用的一種根部保護(hù)方式。

氬氣濃度對(duì)馬氏體鋼、不銹鋼等高合金鋼的內(nèi)部質(zhì)量有著重要的影響,目前大部分檢測(cè)管道內(nèi)部氬氣濃度的方法還是基于傳統(tǒng)的測(cè)試法,即在管道焊縫密封預(yù)留處用打火機(jī)測(cè)試,當(dāng)火焰熄滅時(shí)判斷內(nèi)部充氬效果達(dá)到要求,但這種傳統(tǒng)測(cè)試方法往往會(huì)受到管道內(nèi)部穿堂風(fēng)的影響,會(huì)出現(xiàn)判斷不準(zhǔn)確的情況,造成施工管道焊口內(nèi)壁氧化現(xiàn)象。目前關(guān)于充氬保護(hù)方式的研究報(bào)道在國(guó)內(nèi)很多,但氬氣濃度的大小對(duì)于馬氏體鋼、不銹鋼等高合金鋼的內(nèi)部質(zhì)量的影響則報(bào)道較少,因此有必要開展此方面的研究工作。

1 研究關(guān)鍵技術(shù)及控制點(diǎn)

(1)根部易氧化材料氬氣保護(hù)濃度的測(cè)定;

(2)馬氏體耐熱鋼 P91及奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti兩種材質(zhì)的氬氣濃度測(cè)定對(duì)比;

(3)各種濃度的氬氣對(duì)管道內(nèi)部的保護(hù)效果的對(duì)比。

2 試驗(yàn)過(guò)程工藝控制

2.1 材料準(zhǔn)備

本次試驗(yàn)采用了馬氏體耐熱鋼 P91(規(guī)格為φ219mm×40 mm)及奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti(規(guī)格為φ185 mm×18 mm)兩種材質(zhì)進(jìn)行,氬氣選用99.99%高純氬氣進(jìn)行。

2.2 試驗(yàn)分段

圖1 管子分段示意圖Fig.1 Schematic diagram of pipe sections

將管子分段(如圖1)進(jìn)行焊接,每一段采用不同的氬氣流量及氬氣濃度,將焊口預(yù)留一段進(jìn)行測(cè)試焊縫的焊接,長(zhǎng)度為 100mm左右,其他則全部密封。

2.3 測(cè)量方法

試驗(yàn)測(cè)量?jī)x器型號(hào)為MD 2XP-3140的氬氣分析儀。測(cè)量方法:設(shè)備調(diào)零后,將氣體吸口對(duì)準(zhǔn)測(cè)量部位(預(yù)留孔)進(jìn)行測(cè)量,待濃度值顯示穩(wěn)定后,其顯示數(shù)值則為實(shí)際濃度值。

2.4 試驗(yàn)過(guò)程

2.4.1 P91鋼試驗(yàn)過(guò)程

在焊接過(guò)程中焊接電流固定(115 A),通過(guò)改變氬氣流量及氬氣濃度,來(lái)測(cè)定在不同氬氣流量及氬氣濃度的情況下,其保護(hù)效果的差異。

氬氣流量范圍為5～25 L/min,分別采集了流量為5,10,15,25 L/min流量下的保護(hù)效果值。

氬氣濃度范圍為 70%～100%,但為了測(cè)定氬氣不足情況下的保護(hù)效果如何,額外測(cè)定了 47%一組數(shù)據(jù)。

相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 1,表中列出了不同氬氣流量和氬氣濃度配比下根部的保護(hù)效果,表中預(yù)留孔長(zhǎng)度為約數(shù)。

表1 氬氣濃度及保護(hù)效果對(duì)比表(P91鋼)Tab.1 Effect of argon concentration on weld protection(P91 steel)

2.4.2 1Cr18Ni9Ti試驗(yàn)過(guò)程

在焊接過(guò)程中焊接電流固定(90 A),其他試驗(yàn)過(guò)程和 P91鋼試驗(yàn)基本相似,但對(duì)于節(jié)門到頭的情況沒有測(cè)定,具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 2。

表2 氬氣濃度及保護(hù)效果對(duì)比表(1C r18Ni9Ti鋼)Tab.2 Effect of argon concentration on w eld protection(1Cr18Ni9Tisteel)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

(1)從表1、表2可以看出,P91和1Cr18Ni9Ti兩種材質(zhì),氬氣濃度在70%以下,流量在10 L/min以下,則保護(hù)效果差,根部成型外觀不好,如試驗(yàn)中 P91測(cè)定了47%、1Cr18Ni9Ti測(cè)定了60%,保護(hù)效果起的作用很小,根部存在氧化;

(2)P91氬氣流量在15 L/min,氬氣濃度達(dá)到85%時(shí),保護(hù)效果達(dá)到常規(guī)中對(duì)于焊縫根部的質(zhì)量及外觀需求;

(3)1Cr18Ni9Ti氬氣流量為15 L/m in,氬氣濃度達(dá)到 90%時(shí),保護(hù)效果達(dá)到常規(guī)中對(duì)于焊縫根部的質(zhì)量及外觀需求;

(4)在濃度及流量進(jìn)一步提高的情況下,保護(hù)效果更好,但經(jīng)濟(jì)性較差。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)馬氏體耐熱鋼(P91)及奧氏體不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)兩種材質(zhì)的氬氣保護(hù)效果的測(cè)定,通過(guò)對(duì)保護(hù)效果及經(jīng)濟(jì)性的綜合對(duì)比考慮,確定了最佳氬氣濃度及氬氣流量的范圍為:即氬氣流量為15 L/min;氬氣濃度為馬氏體耐熱鋼在85%～90%之間,奧氏體不銹鋼在90%以上。

(2)通過(guò)試驗(yàn)表明,氬氣濃度的大小對(duì)焊縫根部的保護(hù)效果有很大的影響,管道內(nèi)部氬氣濃度是制約焊縫內(nèi)部質(zhì)量的關(guān)鍵,是保障焊接質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

(3)按照試驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)在實(shí)際工作中的應(yīng)用得知,在保證焊縫的質(zhì)量的前提下可節(jié)約大量氬氣。

[1]鄭日水.不銹鋼和高合金鋼焊接背面保護(hù)措施[J].電焊機(jī),2008, 38(3):70-73.

[2]李曉松,王作東.淺談不銹鋼管道氬弧焊的焊縫背面保護(hù)方法[J].金屬加工:熱加工,2009(4):62-64.

[3]彭尚宇,李麗紅,吳發(fā)朗.不銹鋼小徑管背面免充氬 TIG焊工藝[J].焊接技術(shù),2005,34(4):77-78.

[4]蔣旻,栗卓新,蔣建敏.自保護(hù)藥芯焊絲的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展[J].焊接,2003(12):2-5.

[5]《焊接技術(shù)》編輯部.保護(hù)氣體與焊接質(zhì)量[J].焊接技術(shù),1997 (2):47.