朱萍

摘要：通過對多次不銹鋼軸套埋弧焊單面焊雙面成型試驗(yàn)焊接工藝進(jìn)行總結(jié)及試驗(yàn)，獲得了可靠的工藝參數(shù)，驗(yàn)證了不銹鋼軸套埋弧焊單面焊雙面成型焊接工藝的可行性。

關(guān)鍵詞：不銹鋼軸套;埋弧焊;單面焊雙面成型;焊接工藝

0? ? 引言

面對市場回暖，企業(yè)生產(chǎn)訂單劇增的行業(yè)形勢，焊接工藝組積極探索，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與制造工藝，以期實(shí)現(xiàn)機(jī)械化或自動(dòng)化焊接，在獲得可靠焊接質(zhì)量的同時(shí)提高焊接生產(chǎn)效率。埋弧自動(dòng)焊作為工業(yè)生產(chǎn)中最常用的焊接方法之一，因其具有以下優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于化工容器、鍋爐、造船、橋梁等金屬結(jié)構(gòu)的制造。

（1）生產(chǎn)率高。埋弧焊時(shí)，焊絲從導(dǎo)電嘴中伸出的長度較短，而且是光焊絲，不會(huì)因提高電流而造成焊條藥皮發(fā)紅等問題，故可以使用較大的電流，相應(yīng)的電流密度也較大，加上焊劑和熔渣的隔熱作用，熱效率較高，使熔深較大，即使是中厚板開I形坡口也能焊透，或者焊件坡口尺寸可以設(shè)置得較小，減少了填充金屬量，因此，埋弧焊的焊接速度較快，生產(chǎn)率較高。

（2）焊縫質(zhì)量好。埋弧焊時(shí)采用渣保護(hù)，這樣不僅能隔絕外界空氣，而且減慢了熔池金屬的冷卻速度，使液體金屬與熔化的焊劑間有較多的時(shí)間進(jìn)行冶金反應(yīng)，降低了產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。焊劑還能與焊縫進(jìn)行冶金反應(yīng)并過渡一些合金元素，從而提高焊縫的質(zhì)量。同時(shí)，埋弧焊時(shí)由于采用自動(dòng)調(diào)節(jié)和控制技術(shù)，焊接過程非常穩(wěn)定，焊縫外觀質(zhì)量佳。

（3）節(jié)省焊接材料和電能。埋弧焊由于焊接熱輸入較大，焊接可以開I形坡口或小角度坡口，減少了填充金屬量;同時(shí)，因其有焊劑和渣保護(hù)，減少了金屬飛濺損失和熱量損失，從而節(jié)省了焊接材料和電能。

（4）勞動(dòng)條件好。埋弧焊是機(jī)械化操作，所以勞動(dòng)強(qiáng)度低;電弧在焊劑層下燃燒，有害氣體逸出較少;同時(shí)沒有弧光輻射，對焊工身體損傷較小。

公司生產(chǎn)的舵桿、舵銷不銹鋼軸套，是由奧氏體不銹鋼板卷制作焊接而成的，通常采用半自動(dòng)藥芯焊絲二氧化碳?xì)獗：浮＝?jīng)考慮，對此類產(chǎn)品縱焊縫采用埋弧自動(dòng)焊，背面加貼陶瓷襯墊，進(jìn)行單面焊雙面成型試驗(yàn)，旨在探討此類焊接工藝的可行性，獲得可靠的工藝參數(shù)，為后續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用積累可靠的焊接數(shù)據(jù)。

1? ? 試驗(yàn)用材料及設(shè)備

1.1? ? 母材

我公司不銹鋼軸套材質(zhì)為含Mo奧氏體不銹鋼316L，其物理性能如表1所示。

故而316L具有以下焊接特性：

（1）熱裂紋傾向。奧氏體組織中S、P等雜質(zhì)元素的溶解度很低，若焊縫區(qū)或近縫區(qū)含有一定量的雜質(zhì)元素，很容易形成低熔點(diǎn)共晶物;同時(shí)，由于316L熱導(dǎo)率小，熱膨脹系數(shù)大，在焊縫冷卻過程中焊接拉應(yīng)力較大，兩者共同作用易形成熱裂紋。

（2）焊接接頭脆化傾向。焊接此類鋼時(shí)，若在550～820 ℃長時(shí)間停留，易沿著奧氏體晶界析出鉻的共晶物σ相，將大大降低焊接接頭韌性，引起σ相脆化;同時(shí)，由于熱導(dǎo)率小，焊接接頭高溫停留時(shí)間長，晶粒長大明顯，易形成粗晶脆化。

（3）焊接接頭抗腐蝕性能下降。σ相的析出、C含量的增加都會(huì)導(dǎo)致貧鉻區(qū)的出現(xiàn)，降低母材的抗腐蝕能力[2]。

1.2? ? 焊接材料

選用ER316L埋弧焊絲，直徑4.0 mm。主要有以下幾方面考慮：

（1）ER316L焊絲的化學(xué)成分與母材316L相當(dāng)，遵循等成分匹配。

（2）ER316L焊絲的C含量很小（≤0.03%），即使C全部溶解在奧氏體中，加熱到敏化溫度450～850 ℃，也不太容易形成貧鉻區(qū)，可以盡量避免因貧鉻而產(chǎn)生晶間腐蝕。

（3）ER316L焊絲具有一定的鐵素體化能力，可以溶解σ相，限制奧氏體的長大，改善接頭脆化問題;同時(shí)，σ相可以溶解較多的S、P雜質(zhì)，減少有害雜質(zhì)的偏析[3]。

ER316L埋弧焊絲化學(xué)成分如表2所示。

選用SJ601焊劑。該種焊劑屬于燒結(jié)堿性焊劑，氧化性弱，通過焊劑中合金元素的添加可以有效防止氧化，改善接頭性能。

1.3? ? 焊接設(shè)備

使用的焊接設(shè)備是焊研威達(dá)ZD5（D）-1250懸臂式埋弧自動(dòng)焊機(jī)。

2? ? 焊接坡口制作及焊接參數(shù)選用

不銹鋼板卷制造完成后采用機(jī)加工方法按圖1加工坡口并裝配，背面加貼陶瓷襯墊。

316L的焊接特性決定了該鋼種采用埋弧焊時(shí)，在保證焊接成型的前提下，要盡可能采用小的焊接電流，適中的焊接速度，并嚴(yán)格控制層間溫度，以盡量降低焊接接頭高溫溫度和高溫停留時(shí)間，抑制σ相的晶界析出和晶粒長大。

焊接接頭焊道布置示意圖如圖2所示，焊接工藝參數(shù)如表3所示。

3? ? 焊接工藝要點(diǎn)

（1）不銹鋼軸套坡口及其兩側(cè)25～30 mm務(wù)必清理干凈，必要時(shí)需進(jìn)行機(jī)械清理和化學(xué)清理，整個(gè)焊接過程必須使用專用的打磨和清潔工具。

（2）兩端分別安裝兩塊不銹鋼引弧板及引出板。

（3）焊機(jī)懸臂焊前應(yīng)空跑以調(diào)整焊槍與焊縫中心位置。

（4）焊前應(yīng)烘干焊劑，烘干溫度300～350 ℃，保溫2 h。

（5）采用表3所示焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，嚴(yán)格控制層間溫度≤150 ℃。焊接操作工全程跟蹤焊接過程，隨時(shí)進(jìn)行微調(diào)，及時(shí)進(jìn)行道間清理，并自檢每道焊縫表面，不得出現(xiàn)裂紋、夾渣、未熔合、氣孔、咬邊等缺陷。

（6）焊后應(yīng)進(jìn)行目視檢驗(yàn)，100%UT檢驗(yàn)。

4? ? 試驗(yàn)結(jié)果分析及結(jié)論

（1）目視檢驗(yàn)：正、背面焊縫表面均無裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、明顯的焊瘤和咬邊等有害缺陷，檢驗(yàn)結(jié)果合格。

（2）UT檢驗(yàn)：依據(jù)ISO 5817標(biāo)準(zhǔn)B級焊縫檢驗(yàn)要求，焊縫不存在不允許存在的或尺寸超標(biāo)的缺陷，檢驗(yàn)結(jié)果合格。

（3）正因?yàn)樵诤附悠驴诘撞孔龀隽烁堪霃?，同時(shí)留有合適的鈍邊和裝配間隙，才使焊絲更好地接近焊縫根部，從而使焊縫根部獲得了良好的熔合及背面成型。

（4）坡口角度足夠大，配合合適的焊接參數(shù)，多層多道焊接，使焊縫兩側(cè)與母材熔合良好，脫渣、清渣容易;同時(shí)，焊縫晶粒細(xì)小、韌性好、母材熔合比小，避免了熱裂紋、夾渣等缺陷;蓋面焊使用小電流焊接兩道，避免了焊趾產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中和咬邊缺陷，獲得了良好的表面成型。

綜上所述，各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果合格，焊接操作工清渣勞動(dòng)強(qiáng)度小，正面及背面成型良好，故此次探討的不銹鋼軸套埋弧焊單面焊雙面成型焊接工藝是可行的。

5? ? 結(jié)語

未來，為提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，獲得更加穩(wěn)定的焊縫質(zhì)量，機(jī)械化或自動(dòng)化焊接將是大勢所趨，而對此類焊接工藝的探討將為后續(xù)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用提供可靠的工藝指導(dǎo)，故本文的探討是非常必要且適應(yīng)發(fā)展趨勢的，必將為企業(yè)乃至行業(yè)帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2] 王洪光.實(shí)用焊接工藝手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3] 周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.