實芯焊絲半自動MIG焊在不銹鋼管道焊接中的應用

2011-09-24 01:32:26王鵬雁

石油化工建設 2011年1期

關鍵詞：不銹鋼裂紋焊縫

王鵬雁

中國石化集團第十建設公司山東淄博 255438

實芯焊絲半自動MIG焊在不銹鋼管道焊接中的應用

王鵬雁

中國石化集團第十建設公司山東淄博 255438

在對347H型不銹鋼的焊接性充分了解的基礎上，通過對347H型不銹鋼使用不銹鋼實芯焊絲進行半自動MIG焊接試驗，確定了不銹鋼實芯焊絲半自動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型鋼不銹鋼實芯半自動MIG 脈沖熱輸入

1 前言

隨著國民經濟的快速發展，不銹鋼材料的使用范圍越來越廣，在石油化工行業，不銹鋼材料作為一種主要的耐腐蝕材料被廣泛的應用于耐高溫、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；同時焊條焊弧焊等方法由于焊接過程中產生的氣體、灰塵較多，焊接飛濺較大，對人的身體造成嚴重的危害。

近幾年隨著國內外焊機制造技術的日益完善，使得使用不銹鋼實芯焊絲半自動（MIG焊）焊接不銹鋼成為一種可能，目前主要焊接設備使用的焊接不銹鋼實心焊絲的技術包括：RMD技術和高頻脈沖焊接。本文以利用美國米勒設備焊接不銹鋼管道為例，詳細介紹如何使用不銹鋼半自動下向焊打底加上向焊填充蓋面技術來解決不銹鋼管道半自動MIG焊焊接問題。

2 簡介

目前國內外焊接不銹鋼實心焊絲主要使用的是RMD技術和高頻脈沖技術。其中RMD技術是一種獨特的用高級軟件改進MIG焊接短路過渡缺陷的專利技術，在整個短路過渡期間，提早檢測焊絲短路，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律，形成高質量的穩定的熔池。我們主要使用該技術進行不銹鋼管道打底焊縫的焊接，焊接過程中使用送絲機完成焊絲的自動送進，通過手工擺動來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進行不銹鋼管道的填充、蓋面焊接。高頻脈沖焊接不銹鋼實心焊絲，即可以保證在較小的焊接參數下實現熔滴的高頻率噴射過渡；又可以實現焊接不銹鋼實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。

在某施工項目，對347H型不銹鋼管道進行了不銹鋼實心焊絲半自動MIG焊接試驗并取得了滿意的結果，為不銹鋼實芯焊絲半自動焊接在不銹鋼管道焊接施工中的使用和普及奠定了基礎。

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，在常規材料304基礎上適當增加含碳量（提高熱強性），降鉻增鎳，并添加了穩定化元素鈮。盡管含碳量較高，但通過穩定化元素Nb的添加而消除了高碳帶來的耐蝕性降低的影響，保證了347H型不銹鋼的高溫強度和耐腐蝕性能。

347 H型不銹鋼可焊性良好，但焊接工藝不當，容易出現熱裂紋、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生一方面由于鋼中含有雜質，特別是硫、磷含量的增加容易和鋼中的鎳、鈮等形成低熔點共晶聚集凝固在枝晶間，在隨后的冷卻收縮應變過程中產生開裂；另一方面由于在組對、焊接過程中始終存在應力，而且在焊接過程中點熱源熱循環的不均勻性導致形成粗大的晶粒組織，在再次加熱過程中發生共晶、偏析，導致晶界弱化而發生開裂。

為了防止熱裂紋及再熱裂紋的產生，在冶煉過程中嚴格控制硫、磷等有害雜質的含量外，通過添加錳來進行脫硫。另外，在保證強度的前提下嚴格控制碳的含量。

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，同時又對硫、磷、硅、鈮等元素的溶解度較大，能防止成分的偏析及低熔點共晶的形成，從而增加了塑性，防止了熱裂紋的產生，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

應力也是產生熱裂紋及再熱裂紋的原因之一，因此在焊口組對時就盡量減少組對應力；另外低熔點共晶及雜質沿著枝晶生長的方向容易聚集在凝固的枝晶間，因此應該選擇合適的焊縫成形系數，即焊縫寬度與焊縫深度之比一般不小于1。

本次焊接試驗所用鋼管是國內某鋼廠生產的347H型不銹鋼管道，管道厚度24mm；焊材是根據等成分、等強度原則選擇焊接性良好的ER347Si型焊絲，焊絲直徑1.2mm。管道化學成分如表1所示，焊絲化學成分如表2所示。

4 焊接工藝試驗

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

焊接工藝及參數如表3所示。

4.3 焊接要點

（1）熔化極氣體保護焊對硫、磷等雜質敏感，焊前必須將坡口內外兩側不小于20mm范圍內的鐵銹、油污等雜質清理干凈。

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

（3）填充、蓋面焊選擇混合氣體作為保護氣體的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氣體，一方面減小了熔池的表面張力，使其獲得良好的潤濕性以利于熔滴過渡，另一方面它還具有穩弧性，避免焊接過程中的偏弧及電弧漂移。

（4）脈沖焊可以在80～130A的電流范圍內實現滴狀過渡到噴射過渡的轉變，并以其較小的熔深獲得適宜的焊縫成形系數，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，同時也減少了低熔點共晶的偏析，有效防止熱裂紋的產生。

（5）焊接過程中嚴格控制層間溫度，保證層間溫度不高于150℃，減少在450～850℃的敏化溫度區的停留時間，避免晶界處形成貧鉻區，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。