王鵬雁

中國(guó)石化集團(tuán)第十建設(shè)公司 山東淄博 255438

實(shí)芯焊絲半自動(dòng)MIG焊在不銹鋼管道焊接中的應(yīng)用

王鵬雁

中國(guó)石化集團(tuán)第十建設(shè)公司 山東淄博 255438

在對(duì)347H型不銹鋼的焊接性充分了解的基礎(chǔ)上，通過對(duì)347H型不銹鋼使用不銹鋼實(shí)芯焊絲進(jìn)行半自動(dòng)MIG焊接試驗(yàn)，確定了不銹鋼實(shí)芯焊絲半自動(dòng)MIG焊焊接347H型不銹鋼使用的焊接工藝，為不銹鋼管道焊接提供了高效率的焊接方法。

347H型鋼 不銹鋼實(shí)芯 半自動(dòng)MIG 脈沖 熱輸入

1 前言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不銹鋼材料的使用范圍越來(lái)越廣，在石油化工行業(yè)，不銹鋼材料作為一種主要的耐腐蝕材料被廣泛的應(yīng)用于耐高溫、耐腐蝕的各類大型石油化工裝置中。在不銹鋼材料的焊接施工過程中，目前主要采用的焊接方法是傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊和焊條電弧焊兩種方法，使用這些方法焊接不銹鋼材料，一方面對(duì)焊工的操作技能要求高；另一方面焊接效率低、焊縫表面成形差；同時(shí)焊條焊弧焊等方法由于焊接過程中產(chǎn)生的氣體、灰塵較多，焊接飛濺較大，對(duì)人的身體造成嚴(yán)重的危害。

近幾年隨著國(guó)內(nèi)外焊機(jī)制造技術(shù)的日益完善，使得使用不銹鋼實(shí)芯焊絲半自動(dòng)（MIG焊）焊接不銹鋼成為一種可能，目前主要焊接設(shè)備使用的焊接不銹鋼實(shí)心焊絲的技術(shù)包括：RMD技術(shù)和高頻脈沖焊接。本文以利用美國(guó)米勒設(shè)備焊接不銹鋼管道為例，詳細(xì)介紹如何使用不銹鋼半自動(dòng)下向焊打底加上向焊填充蓋面技術(shù)來(lái)解決不銹鋼管道半自動(dòng)MIG焊焊接問題。

2 簡(jiǎn)介

目前國(guó)內(nèi)外焊接不銹鋼實(shí)心焊絲主要使用的是RMD技術(shù)和高頻脈沖技術(shù)。其中RMD技術(shù)是一種獨(dú)特的用高級(jí)軟件改進(jìn)MIG焊接短路過渡缺陷的專利技術(shù)，在整個(gè)短路過渡期間，提早檢測(cè)焊絲短路，控制并減少焊接電流上升速度，從而控制熔滴過渡和電弧吹力的大小，使熔滴過渡迅速而有規(guī)律，形成高質(zhì)量的穩(wěn)定的熔池。我們主要使用該技術(shù)進(jìn)行不銹鋼管道打底焊縫的焊接，焊接過程中使用送絲機(jī)完成焊絲的自動(dòng)送進(jìn)，通過手工擺動(dòng)來(lái)控制焊縫成型和焊接速度，最終形成單面焊雙面成型焊接效果。

我們主要使用高頻脈沖技術(shù)進(jìn)行不銹鋼管道的填充、蓋面焊接。高頻脈沖焊接不銹鋼實(shí)心焊絲，即可以保證在較小的焊接參數(shù)下實(shí)現(xiàn)熔滴的高頻率噴射過渡；又可以實(shí)現(xiàn)焊接不銹鋼實(shí)心焊絲過程中焊接飛濺小、焊接效率高、焊縫成形美觀等特點(diǎn)。

在某施工項(xiàng)目，對(duì)347H型不銹鋼管道進(jìn)行了不銹鋼實(shí)心焊絲半自動(dòng)MIG焊接試驗(yàn)并取得了滿意的結(jié)果，為不銹鋼實(shí)芯焊絲半自動(dòng)焊接在不銹鋼管道焊接施工中的使用和普及奠定了基礎(chǔ)。

3 347H型不銹鋼管道焊接性分析

347 H型不銹鋼屬耐熱鉻鎳奧氏體不銹鋼，在常規(guī)材料304基礎(chǔ)上適當(dāng)增加含碳量（提高熱強(qiáng)性），降鉻增鎳，并添加了穩(wěn)定化元素鈮。盡管含碳量較高，但通過穩(wěn)定化元素Nb的添加而消除了高碳帶來(lái)的耐蝕性降低的影響，保證了347H型不銹鋼的高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性能。

347 H型不銹鋼可焊性良好，但焊接工藝不當(dāng)，容易出現(xiàn)熱裂紋、再熱裂紋等缺陷，一般通過冶金及工藝措施加以防治。

3.1 冶金措施

熱裂紋及再熱裂紋的產(chǎn)生一方面由于鋼中含有雜質(zhì)，特別是硫、磷含量的增加容易和鋼中的鎳、鈮等形成低熔點(diǎn)共晶聚集凝固在枝晶間，在隨后的冷卻收縮應(yīng)變過程中產(chǎn)生開裂；另一方面由于在組對(duì)、焊接過程中始終存在應(yīng)力，而且在焊接過程中點(diǎn)熱源熱循環(huán)的不均勻性導(dǎo)致形成粗大的晶粒組織，在再次加熱過程中發(fā)生共晶、偏析，導(dǎo)致晶界弱化而發(fā)生開裂。

為了防止熱裂紋及再熱裂紋的產(chǎn)生，在冶煉過程中嚴(yán)格控制硫、磷等有害雜質(zhì)的含量外，通過添加錳來(lái)進(jìn)行脫硫。另外，在保證強(qiáng)度的前提下嚴(yán)格控制碳的含量。

3.2 工藝措施

熱輸入過大是形成的粗晶組織及其偏析而產(chǎn)生熱裂紋及再熱裂紋的原因之一，因此在不銹鋼焊接過程中要嚴(yán)格控制熱輸入。減少熱輸入可以降低熔池的溫度，從而使冷卻速度加快，抑制粗大枝晶的形成和偏析的產(chǎn)生。另外，加快冷卻速度可以在焊縫金屬中形成少量鐵素體，鐵素體組織本身塑韌性較好，同時(shí)又對(duì)硫、磷、硅、鈮等元素的溶解度較大，能防止成分的偏析及低熔點(diǎn)共晶的形成，從而增加了塑性，防止了熱裂紋的產(chǎn)生，因此一般奧氏體不銹鋼中需要形成4%～12%的δ鐵素體，高溫工況下的奧氏體不銹鋼δ鐵素體控制在3%～8%。

3.3 其它措施

應(yīng)力也是產(chǎn)生熱裂紋及再熱裂紋的原因之一，因此在焊口組對(duì)時(shí)就盡量減少組對(duì)應(yīng)力；另外低熔點(diǎn)共晶及雜質(zhì)沿著枝晶生長(zhǎng)的方向容易聚集在凝固的枝晶間，因此應(yīng)該選擇合適的焊縫成形系數(shù)，即焊縫寬度與焊縫深度之比一般不小于1。

本次焊接試驗(yàn)所用鋼管是國(guó)內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)的347H型不銹鋼管道，管道厚度24mm；焊材是根據(jù)等成分、等強(qiáng)度原則選擇焊接性良好的ER347Si型焊絲，焊絲直徑1.2mm。管道化學(xué)成分如表1所示，焊絲化學(xué)成分如表2所示。

4 焊接工藝試驗(yàn)

4.1 坡口制備

坡口類型及坡口角度如圖1所示：

4.2 焊接工藝及參數(shù)

焊接工藝及參數(shù)如表3所示。

4.3 焊接要點(diǎn)

（1）熔化極氣體保護(hù)焊對(duì)硫、磷等雜質(zhì)敏感，焊前必須將坡口內(nèi)外兩側(cè)不小于20mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等雜質(zhì)清理干凈。

（2）下向焊工藝焊接效率較其它焊接方式高，并考慮半自動(dòng)焊接的應(yīng)用范圍大多是面向長(zhǎng)焊縫、大口徑、厚壁等，所以在打底焊接中選擇背面氬氣保護(hù)的下向焊工藝。另外焊縫背面應(yīng)保護(hù)好，必要時(shí)選擇雙面焊，最后在背面進(jìn)行一次封底焊接。

（3）填充、蓋面焊選擇混合氣體作為保護(hù)氣體的MIG脈沖焊，混合氣體為98%Ar+CO2，流量控制在10～20L/min。如果選擇單一惰性氣體氬氣作為保護(hù)氣，熔滴、熔池表面張力大，不利于熔滴過渡，通過加入2%的活性氣體二氧化碳?xì)怏w，一方面減小了熔池的表面張力，使其獲得良好的潤(rùn)濕性以利于熔滴過渡，另一方面它還具有穩(wěn)弧性，避免焊接過程中的偏弧及電弧漂移。

（4）脈沖焊可以在80～130A的電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)滴狀過渡到噴射過渡的轉(zhuǎn)變，并以其較小的熔深獲得適宜的焊縫成形系數(shù)，從而降低了熱裂紋的敏感性；另一方面，脈沖焊較小的熱輸入及較快的焊接速度增加了熔池的冷卻速度，使熱量傳遞趨于均勻，避免了柱狀晶等粗晶粒組織的形成，同時(shí)也減少了低熔點(diǎn)共晶的偏析，有效防止熱裂紋的產(chǎn)生。

（5）焊接過程中嚴(yán)格控制層間溫度，保證層間溫度不高于150℃，減少在450～850℃的敏化溫度區(qū)的停留時(shí)間，避免晶界處形成貧鉻區(qū)，另一方面避免熱量累積而在焊縫處形成粗晶粒組織，通過對(duì)層間溫度的控制提高不銹鋼抗晶間腐蝕能力和防止熱裂紋的出現(xiàn)。

5 試驗(yàn)結(jié)果

（1）對(duì)焊接接頭進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)，焊縫抗拉強(qiáng)度值大于母材最低抗拉強(qiáng)度，且斷口呈塑性斷裂。焊縫抗拉強(qiáng)度值如表4所示，拉伸試樣及其斷口形貌如圖2所示；彎曲試件經(jīng)180°彎曲后表面無(wú)裂紋產(chǎn)生，其受拉表面如圖3所示：

（2）按照GB/T4334-2008《金屬和合金的腐蝕 不銹鋼晶間腐蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行晶間腐蝕，結(jié)果標(biāo)明焊縫無(wú)晶間腐蝕傾向，晶間腐蝕試樣如圖4所示。

表1 347H型管道化學(xué)成分（%）

表2 LNM347Si焊絲化學(xué)成分（%）

表3 焊接工藝及參數(shù)

表4 焊縫力學(xué)、工藝性能檢測(cè)結(jié)果

（3）經(jīng)測(cè)定，焊縫鐵素體平均含量為6%，滿足設(shè)計(jì)文件要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)347H型、304L型、316L型不銹鋼的焊接試驗(yàn)，證明不銹鋼實(shí)芯焊絲半自動(dòng)MIG焊是一種優(yōu)質(zhì)高效的焊接方式。隨著我國(guó)焊機(jī)制造、鋼鐵冶煉及焊材生產(chǎn)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，不銹鋼實(shí)芯焊絲MIG焊將獲得更大的發(fā)展空間。

1 ASME SA240/SA240M.壓力容器用耐熱鉻及鉻鎳不銹鋼板、薄板和鋼帶.

2陳居術(shù),孫新嶺,等.管道焊縫的應(yīng)力腐蝕及其控制.油氣儲(chǔ)運(yùn) 2003.

3陳伯蠡.焊接工程缺欠分析與對(duì)策.北京.機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

4中國(guó)特鋼企業(yè)協(xié)會(huì)不銹鋼分會(huì).不銹鋼實(shí)用手冊(cè).北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,2003.

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