進口253MA材質管件的焊接工藝研究

譚蓉

(昆明理工大學機電工程學院，云南昆明650093)

進口253MA材質管件的焊接工藝研究

譚蓉

(昆明理工大學機電工程學院，云南昆明650093)

253MA材料是由國外廠家生產的一種高級耐高溫耐腐蝕不銹鋼。介紹了這種材料的主要特點和用途，并針對采用253MA材料的管件，設計了一套可自動切割和焊接的裝置，選擇了切割、焊接方法和設備，以及焊絲的種類和直徑。通過焊接試驗確定了相應的焊接參數和焊接工藝，并測試了樣件的焊縫組織和性能。結果表明：焊縫質量完全滿足要求，較好地解決了這一材質管件的焊接問題，研究結果具有一定的參考價值。

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公司的一種商品標志，瑞典Sandvik steel公司也使用這一標志，美國鋼鐵學會(AISI)則為S30815。253MA材料是一種高級不銹鋼，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1 150℃。由于253MA具有良好的高溫抗氧化性、抗腐蝕性能，且價格較貴，因此通常應用于一些要求較高的場合。關于這種進口材料的焊接問題，如采用什么焊接設備和焊材，規范參數如何選擇等，國內可供查閱的資料很少，因此對這些問題進行一些研究是有意義和價值的。

1 自動切割和焊接設備的設計和選型

試驗所用253MA管材構件長度約3 m，管徑φ 400 mm，壁厚12 mm，焊接接頭為管對接。為保證焊透，焊接質量好，無焊接缺陷，焊接前需要對構件進行切割加工。由于構件較長，采用機械加工方法，在施工現場不宜實現，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。考慮到管件切口對焊接的質量影響較大，因此選定自動空氣等離子切割。為實現自動切割和焊接，在此設計了一套簡易單回轉式焊接變位工裝夾持構件自動旋轉，且轉動速度可調節。另外，還設計了焊槍和切割槍的位置調節及夾持裝置，以方便切割和焊接操作。對于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，配用水冷型等離子切割槍；選用了WS－400逆變式氬弧焊機和NB－500逆變式氣體保護焊機，分別用于焊縫的打底和填充焊接。

試驗表明該裝置不僅可實現工件的自動切割，還可實現環縫的自動焊接，達到一機兩用的目的。

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1 150℃，完全滿足253MA材料的焊縫性能要求，其化學成分如表1所示。TIG焊時，焊絲直徑φ 2 mm，長度600 mm；MIG焊時，焊絲直徑φ 1.2 mm。

表122 .12T焊絲的化學成分%

2.2 接頭形式

焊件為管對接，由于管子壁厚12 mm，為保證接頭焊透和焊縫合格，焊接前工件應開坡口，坡口的形式和尺寸設計為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

焊前應清理焊口及兩側周圍10～20 mm范圍內的污物，直到露出金屬光澤。點固焊的要求與正式焊接時的要求相同，不得有任何焊接缺陷存在。

TIG焊打底時要防止背面焊縫產生焊接缺陷。打底焊縫在質檢后應盡快進行下一層焊接。TIG焊打底焊接參數如表2所示。

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

表2 TIG焊打底焊接規范參數

表3 MIG焊焊接規范參數

2.4 質量檢測

2.4.1 化學成分檢測

試件焊縫金屬化學成分如表4所示?？梢钥闯觯缚p的化學成分滿足使用要求。

表4 焊縫化學成分%

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 機械性能檢測

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

表5 焊縫機械性能

2.5 現場焊接

采用上述焊接工藝進行現場施工，焊后對焊縫進行100%RT和100%UT檢驗，結果表明：焊縫接頭無焊接缺陷，焊縫成形良好。

3 結論

(1)選擇的焊接材料和方法完全可滿足253MA材質管件的焊接要求。

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

[1]美國金屬學會.金屬手冊(第十卷)[M].北京：機械工業出版社，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，主要從事焊接設備、微波干燥技術和設備、機器人及自動化機構、材料、工藝方面的研究和設計工作。