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

中國石化集團(tuán)第十建設(shè)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(chǔ)上，通過對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

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，不銹鋼材料的使用范圍越來越廣，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，對人的身體造成嚴(yán)重的危害。

近幾年隨著國內(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)來解決不銹鋼管道半自動(dòng)MIG焊焊接問題。

2 簡介

目前國內(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、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，因此在焊口組對時(shí)就盡量減少組對應(yīng)力；另外低熔點(diǎn)共晶及雜質(zhì)沿著枝晶生長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)、工藝性能檢測結(jié)果

（3）經(jīng)測定，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

通過對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.油氣儲運(yùn) 2003.

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

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

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1672-9323（2011）01-0062-03

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