陳運(yùn)忠 姜新利

1. 概述

公司推廣管道焊接機(jī)動化能有效解決各施工項目工期緊、任務(wù)量大等困難，而目前我公司對于不銹鋼TP304L管道采用FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊工藝還沒有大面積推廣使用。因此，根據(jù)公司管道結(jié)構(gòu)工程公司施工需求，決定在公司焊接實驗室進(jìn)行不銹鋼TP304L管道采用FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊的焊接工藝評定，給各公司施工項目部的管道預(yù)制推廣應(yīng)用提供技術(shù)支持。

2. 不銹鋼TP304L焊接特點(diǎn)

不銹鋼TP304L無縫鋼管規(guī)格為φ406.4mm×16.7mm，化學(xué)成分如表1所示。焊接施工結(jié)合SH3523《石油化工鉻鎳不銹鋼、鐵鎳合金和鎳合金焊接規(guī)程》，焊接工藝性分析如下。

(1) 熱裂紋敏感性 不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小、線膨脹系數(shù)大，在局部加熱或冷卻的條件下，焊接接頭中可能形成拉應(yīng)力。同時奧氏體不銹鋼易形成方向性很強(qiáng)的柱狀晶組織，有利于S、P等雜質(zhì)的偏析而促使形成晶間液態(tài)夾層引起熱裂紋。不銹鋼TP304L焊縫通常聯(lián)生結(jié)晶形成方向性很強(qiáng)的粗大柱狀晶組織，這也是產(chǎn)生熱裂紋的重要原因。

(2) 耐腐蝕性下降 奧氏體晶界析出碳化鉻造成晶界貧鉻，由于不銹鋼TP304L導(dǎo)熱率很小，嚴(yán)重影響了焊縫的冷卻速度，故熱影響區(qū)耐蝕性易下降。

3. FCAW熔化極氣體保護(hù)自特點(diǎn)

（1）效率高、成本低FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊是利用機(jī)械自動控制焊絲送進(jìn)和電弧移動的一種電弧焊方法，具有效率高、成本低、焊接熱輸入小、接頭質(zhì)量好、操作性好等優(yōu)點(diǎn)。與常用的焊條電弧焊方法相比，施焊時其材料可節(jié)省1/3以上，生產(chǎn)效率能提高1/2以上。

（2）易出現(xiàn)氣孔 FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊接TP304L不銹鋼過程中用80%Ar+20%CO2的混合氣體來進(jìn)行保護(hù)焊接，保護(hù)不好時就會出現(xiàn)氮?dú)饪祝砸３謿饴窌惩?、避免有漏氣現(xiàn)象，如有焊渣、飛濺物應(yīng)及時清除，做好防風(fēng)措施。徹底清除管件坡口20mm范圍的油污及其他臟物。

（3）飛濺偏大 管道焊接過程中，干伸長度不宜過小，否則飛濺物容易使導(dǎo)電嘴出絲不順暢或使氣體不流暢，干伸長度一般為焊絲直徑10~15倍。如果干伸長度過大，會使氣體保護(hù)效果下降，焊絲容易過熱而形成飛濺造成焊接電弧不穩(wěn)定。同時還要控制好焊接參數(shù)使飛濺最小化。

（4）焊接層道間的脫渣效果好 FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊接TP304L不銹鋼的脫渣性能非常好，焊接過程中有時藥皮會自由脫落，不要急于敲擊藥皮，因為藥皮對焊縫有一定的緩冷保護(hù)作用。

表1 TP304L不銹鋼主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

4. 藥芯焊絲

熔化極藥芯焊絲相比實芯焊絲更容易操作，有些藥芯焊絲可以通過調(diào)整藥粉的合金成分種類和比例，更適用于各種不同用途（耐磨、耐熱、耐蝕及耐低溫等）的焊接材料。

藥芯焊絲和實芯焊絲的比較如下：

（1）生產(chǎn)效率高 實芯焊絲在焊接過程中會產(chǎn)生大量的飛濺，焊道之間必須認(rèn)真打磨飛濺，而藥芯焊絲飛濺小，焊道之間還有藥渣的保護(hù)，所以焊接過程中幾乎不用打磨。

（2）飛濺小 藥芯焊絲與實芯焊絲相比飛濺小，連續(xù)使用也不容易堵塞焊槍嘴。

（3）作業(yè)性良好 藥芯焊絲焊弧柔和，焊接作業(yè)性良好，便于操作。

（4）焊縫成形美觀 藥芯焊絲屬于渣氣聯(lián)合性保護(hù)，藥皮更有效地保護(hù)熔池的成形，藥芯加入穩(wěn)定劑使電弧更加穩(wěn)定、熔滴過渡更加均勻。

（5）易生銹 由于藥芯焊絲內(nèi)有藥粉，所以吸潮性強(qiáng)，保管時應(yīng)注重防潮。

（6）煙塵大 藥芯焊絲焊接過程中相比實芯焊絲煙塵量稍大些，焊接過程中要充分利用好防護(hù)用品。

5. 焊接設(shè)備

焊接設(shè)備采用南京奧特AOTU CM—1005—A管道懸臂自動焊機(jī)（見圖1），其懸臂可上下左右調(diào)節(jié)，以適合焊縫空間位置焊接需要，懸臂安裝與焊接電源配套美國MILLER送絲機(jī)和焊接電源、中央控制系統(tǒng)聯(lián)接，更保證了操作時的連貫性，焊機(jī)的中央控制系統(tǒng)和焊接電源、送絲機(jī)、供氣裝置、懸臂控制器、擺臂控制器及變位機(jī)等聯(lián)接，由中央控制器統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

焊接電源為美國原裝米勒MILLER invision 450MP焊接電源，體積小，容量大，微電腦控制，調(diào)節(jié)容易?？蛇M(jìn)行埋弧焊、CO2焊、MIG/MAG焊、焊條電弧焊等，可預(yù)存20多個通道的儲存焊接參數(shù)以備使用。

6. 焊接工藝評定材料

GTAW鎢極氬弧焊打底焊絲采用四川大西洋焊材股份有限公司產(chǎn)CHG—308L、規(guī)格為φ2.5mm，其化學(xué)成分如表2所示。FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊絲為四川大西洋焊材股份有限公司產(chǎn)藥芯CHT—308L，規(guī)格為φ1.2mm。

7. 焊前分析與控制措施制定

焊前首先對不銹鋼TP304L管道采用FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊的焊接工藝特性進(jìn)行了分析。不銹鋼TP304L管道采用FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊具有熱量集中、熔深淺、鐵液凝固較慢等特性，操作不當(dāng)時容易出現(xiàn)夾渣、未熔合、氣孔及駝型焊縫等缺陷；焊接時變位機(jī)轉(zhuǎn)動速度對焊縫的成形、夾渣、未熔合、氣孔及咬邊等缺陷的產(chǎn)生都有重要影響。隨轉(zhuǎn)速的增加焊縫熔寬減小，熔池和堆高也減小。變位機(jī)轉(zhuǎn)速過快還會引起咬邊、熔池脫節(jié)、未熔合等缺陷；轉(zhuǎn)速過慢易出現(xiàn)層間未熔、焊縫成形起棱角現(xiàn)象，因此需要焊工熟練掌握焊接設(shè)備功能及相應(yīng)的焊接參數(shù)。

圖1 管道懸臂自動焊設(shè)備

通過分析后，針對其焊接特性，采取以下控制措施：①焊前要做好各設(shè)備的檢查工作，包括氣路和線路的檢查。②為防止FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊電流大燒穿打底焊縫，氬弧打底焊不宜太薄，F(xiàn)CAW熔化極氣體保護(hù)自動焊第一層焊接參數(shù)不宜過大，焊前要做好施焊焊縫的對中調(diào)節(jié)。③注意控制FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊的起弧、收弧質(zhì)量，避免出現(xiàn)起弧時熔池焊縫堆積和收弧弧坑裂紋。④坡口角度以50°~60°為宜。可適當(dāng)減小，以減少填充金屬，提高焊接效率。⑤注意焊接厚度，不易過厚，每層厚度一般為3~4mm。控制好焊接熱輸入。⑥注意焊接參數(shù)匹配，道間溫度＜150℃。⑦避免接頭的重疊，每道焊接接頭錯開30~50mm為宜。⑧FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊焊槍角度適當(dāng)往垂直位置轉(zhuǎn)動，反方向前移20~30mm，適當(dāng)調(diào)整焊接速度，以克服形成不良焊縫。⑨控制好干伸長度，一般15~20mm為宜。⑩焊工熟練掌握FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊的規(guī)律和觀察技巧，防止熔池位移造成的缺陷。蓋面時應(yīng)處理找平層的飛濺物，以利于蓋面成形美觀。

8. 焊接工藝評定及效果

通過反復(fù)試驗，我們最終選定不銹鋼TP304L管道規(guī)格：φ406.4mm×16.7mm，坡口角度55°，作為FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊的焊接工藝評定焊接試件。GTAW鎢極氬弧焊打底（背面氬氣保護(hù)）焊接一遍后采用FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊進(jìn)行填充、找平、蓋面。

焊接工藝確定后，我們隨后進(jìn)行了焊接工藝評定試件的焊接，焊接組對工藝如圖2所示，焊接參數(shù)如表3所示。

圖2 組對工藝

不銹鋼TP304L管道 FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊焊縫內(nèi)部和外觀成形優(yōu)良（見圖3），顏色為金黃色，成形優(yōu)于實芯熔化極氣體保護(hù)焊與手工焊條電弧焊。焊后依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行外觀檢測，結(jié)果表明無表面氣孔、夾渣、裂紋、未熔合及咬邊等缺陷。經(jīng)過RT射線無損探傷、彎曲、拉伸、沖擊等各項試驗，顯示焊接接頭試驗數(shù)據(jù)全部合格。

9. 結(jié)語

據(jù)調(diào)研，不銹鋼TP304L 管道FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊與手工焊條電弧焊相比可節(jié)省材料費(fèi)用1/3，焊接接頭具有效率高、成本低、接頭質(zhì)量好及焊接熱輸入小等優(yōu)勢。目前我公司對于不銹鋼TP304L管道 FCAW熔化極氣體保護(hù)自動焊在管道結(jié)構(gòu)工程公司部分項目部施工中已開始使用，成果顯著，建議推廣應(yīng)用。

表2 焊接材料的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表3 焊接參數(shù)

圖3 焊道成形