奥氏体不锈钢薄壁管两种焊接方法的对比

中国能建新疆电力建设公司 （ 乌鲁木齐 830049） 刘文江 武丽琴 李忠明 梁长生

1.概述

我公司以往焊接低压不锈钢管，一直采用手工钨极氩弧焊方法。采用此方法，焊缝根部保护效果不是很好。焊接过程中铁液发粘，焊接操作有一定的难度。另外由于管壁较薄，热输入较大，使焊出的焊缝表面不均匀、颜色发乌、发暗，不是根部熔合不好，就是产生未焊透等缺陷。为此，我公司组织技术熟练的焊工和有丰富经验的焊接工程师，采用药芯焊丝打底、相匹配的焊丝盖面的焊接方法，使以上问题基本得到了解决。其适用奥氏体不锈钢薄壁管道的焊接。

2.工艺原理

针对不锈钢管压力在0.1～1MPa，温度在0～50℃；管径一般在50～200mm，壁厚一般在2～5mm，没有特殊要求。

（1）奥氏体不锈钢焊接特点 第一，焊接奥氏体不锈钢时，主要是其枝晶方向性强，线膨胀系数大，焊缝冷却时收缩应力大，容易出现热裂纹，并且变形倾向大。焊接时采用低氢焊接材料，促使焊缝金属晶粒细化，减少焊缝中的有害杂质，提高焊缝的抗裂性；采取较小的焊接电流，尽量快的焊接速度，等前层焊缝冷却到要求温度后，再焊下一道焊缝，以减小焊缝过热；焊接结束或中断时，注意收弧质量，填满弧坑，防止产生弧坑裂纹。

第二，奥氏体不锈钢在450～850℃停留时，奥氏体晶粒内的碳会以Cr23C8形式沿奥氏体晶界析出，使晶界的晶粒表层贫铬。在焊接过程中，母材和焊缝金属的局部区域在此危险温度区域内停留时，会给焊接接头造成晶间腐蚀。焊接中，采用尽可能快的焊接速度，基本不作横向摆动；多道焊时，等前一道焊缝冷却到60℃左右时，再焊下一道；尽量减少焊接接头在危险温度范围内停留的时间。焊接过程中可采取强制冷却措施。

（2）根部打底焊接 采用药芯焊丝，内壁可不用充氩保护，用H1Cr19Ni9Ti焊丝填充盖面。焊层不宜太厚，以减少焊缝的热输入，从而降低层间温度，避免焊缝背面氧化。

3.施工工艺流程及操作要领

（1）施工工艺流程 工艺流程如图1所示。

（2）操作要点 手工钨极氩弧焊，直流正接。

第一，坡口角度。焊接时为保证坡口两侧熔合好，坡口角度为30°～35°，钝边0.5～1mm，

第二，对口间隙为2.5～3mm，间隙太小容易造成未焊透，间隙过大，填充金属量大，焊接速度相对减慢，热输入量增加，从而造成合金元素烧损。对口间隙如图2所示。

第三，坡口清理。管口在组对前应将母材内外壁每侧10～15mm内的尘、水、漆、锈、氧化膜等清理干净，直到呈现金属光泽。尤其是外层氧化膜要打磨干净。

第四，选择合理的焊接参数。奥氏体钢在焊接过程中有热裂纹倾向及铬烧损迁移，因而应注意控制焊接热输入及层间温度。焊接电流是影响焊接质量的关键因素之一，电流过小，缺少足够的热输入，不能使母材充分熔化，形成未焊透；电流过大，焊接热输入量大，使得焊缝容易过烧氧化。电弧电压应适中，电压过小电弧吹力较小，同样影响母材的熔化，而且电压对电弧有约束力，可以使电弧穿透力增强。经过摸索比较，确定打底电流为80～100A，而盖面电流为80～90A，这样有利于层间温度的控制，从而确保焊接质量。

图1 工艺流程

图2 对口间隙

第五，层间温度。薄壁管焊接过程中，因热量不易散失，焊缝温度容易升高，导致层间温度过高。因此层间温度应该控制100℃以下，待焊缝温度降到60℃以下，再进行次层的焊接。这样既可以减少焊接接头在危险温度范围内的停留时间，又可以使焊缝外观呈现金黄色或银白色。同时因为工期紧，我们选择多道焊口依次顺序焊接，这样可以在焊口降温的同时，不耽误工期。

具体焊接参数如表1所示。

表1 焊接参数

（3）焊层设计 焊接时，根部焊缝不宜过厚，也不能太薄。根部过薄时容易烧穿，过厚时热输入量增加，层间温度升高，焊缝易被氧化。根层厚度控制在1.5～2mm，盖面层控制在1.5～2mm。采用多层多道焊，如图3所示。

图3 焊层设计

4.焊接材料与设备

（1）焊接材料 打底焊丝TGF—308L，φ2.0mm；填充盖面焊丝H1Cr19Ni9Ti，φ2.0mm；钨极：Wce－2.0，φ2.5mm；氩气纯度≥99.95%。打底焊丝化学成分如表2所示，填充盖面焊丝化学成分如表3所示。

（2）焊接设备 高频引弧专用的TIG 160S/TIG—400S氩弧焊机；QQ—150气冷式脉冲氩弧焊枪。

表2 打底焊丝（TGF－308L）化学成分（质量分数）（%）

表3 填充盖面焊丝（H1Cr19Ni9Ti）化学成分（质量分数）（%）

5.焊接质量控制

（1）质量标准 DL/T869—2004《火力发电厂焊接技术规程》、《火电施工质量检验及评定标准》建质1996-111号、DL/T679—1999《焊工技术考试规程》。

（2）焊接质量控制措施 第一，工艺的执行力是保证焊接质量的前提。严格地控制层间温度、焊接电流和焊道厚度是保证焊接质量的关键。

第二，选用带有高频引弧的专用氩弧焊机及质量合格的焊丝、钨棒，并严格控制焊接参数，减小焊接热输入，注重焊接层道的排列，能够明显提高不锈钢薄壁管焊缝的合格率。

第三，高质量的焊接，需要高素质的焊工，这需要加强焊工的培训和焊工自我质量意识的提高，同时激发他们的积极性。

第四，执行三级验收制度，加强过程控制。

（3）焊接质量对比 我公司不锈钢管的焊接统计情况及质量对比如表4所示。

表4 焊接质量对比

根据以上对比：第二种焊接方法焊接缺陷的几率比第一种焊接方法，未熔合少23%，发黑/发乌少24%，根部氧化少40%。由此可见， 第二种焊接方法的优越性是非常明显的。

6.效益分析

以材质1Cr18Ni9Ti，规格φ159mm×4mm为例进行效益分析，其结果如表5所示。

表5 效益分析

第一种焊接方法比第二种焊接方法所需的时间长、工时多。并且φ76mm以下小管，管径小充氩难度非常大，而且效果不好。

7.结语

火力发电厂的低压不锈钢管，如除盐水管道、凝结水精处理管道、仪表用压缩空气管道等，材质是1Cr18Ni9Ti，以往的焊接是采用简易钨极氩弧焊，即管子内部充氩，用相匹配的焊丝打底盖面的方法。这种焊接方法既费时、费工，又费材料，有些焊缝根本无法充氩保护，如平焊法兰、管件等。同时该方法不仅速度慢、效率低，而且做气室费工、费时、费材料。稍有疏忽，充氩保护效果不佳，焊接质量很难保证。采用药芯焊丝打底，相匹配的焊丝盖面的焊接方法，不需要进行内壁充氩，既省时、省工、省材料，又能保证焊接质量。

综上所述，此方法具有施工简单，经济且能保证焊接质量等优点，施工安全可靠，社会效益和经济效益比较显著。