316L奥氏体不锈钢小直径真空容器的焊接

中国工程物理研究院核物理与化学研究所 （四川绵阳 621900） 朱文华 崔元萍 李军格 罗正华

1.概述

某容器结构如图1所示，外径37mm，内径27mm，由床体及封头焊接而成，材质为316L奥氏体不锈钢。工作真空5×10-4Pa，最高压力0.1MPa，焊缝不允许有未焊透、未熔合、裂纹和条形缺陷，射线探伤满足JB4730.2—2005 Ⅰ级要求。针对容器特点，我们从焊接方法、焊接结构、焊丝选择、焊接参数及特殊工艺措施等方面制定焊接工艺，满足了焊缝射线探伤要求及容器真空要求。

图1 容器结构示意

2.焊接方法及焊接材料

根据奥氏体不锈钢的焊接特点和零件的结构特点，选用手工氩弧焊，焊接采用单面焊、双面成形的焊接形式。焊接时既要保证接头的坡口根部焊透，又要防止烧穿或形成焊瘤。如果根部未完全熔透，坡口背面焊道成形不良，在未熔合夹渣等缺陷处会引起应力集中，降低焊接强度，缩短使用寿命；未熔合及焊瘤缺陷，则会严重影响容器的真空要求。因此焊接时焊缝要求质量较高。

遵循“等成分”原则选择焊接材料，同时为增强接头抗热裂纹和晶间腐蚀能力，使接头中尽量不出现铁素体，因此，选择H00Cr19Ni12Mo2氩弧焊用焊丝，其成分如表1所示。

表1 焊丝H00Cr19Ni12Mo2化学成分（质量分数）（%）

3.焊接结构及焊接方式

（1）焊接结构 通过焊接试验，采用U形坡口，坡口的钝边为0.5mm，坡口角度为40°～50°，其坡口形式如图2所示。由于不锈钢热膨胀系数较大，焊接时会产生较大的焊接应力，所以为避免产生轴线错位，防止焊接变形，筒节对接焊时采用氩弧焊点固，点固焊缝对称分布。

图2 焊接坡口结构

（2）焊接参数 不锈钢焊接的突出特点是对过热敏感，故焊接时宜采用小电流、快速焊；多层焊时严格控制层间温度＜60℃。采用手工氩弧焊熔焊打底，双面氩气保护，焊接参数如表2所示。焊丝电弧焊填充盖面，焊接参数如表3所示。

表2 手工钨极氩弧焊熔焊焊接参数

表3 焊丝电弧焊焊接参数

4.焊接工艺要点

影响焊接质量的因素有很多，为确保焊缝质量要求，经过摸索，在施焊过程中需注意以下几点：

（1）用有机溶剂丙酮或乙醇清洗坡口两侧20～30mm内的油污，清洗焊丝表面。

（2）焊前将零件放置在烤箱内进行烘烤除气，温度约300℃，时间2h。

（3）焊缝对接处不留间隙，焊接时采用小电流，低电压，快速焊。

（4）手工氩弧焊熔焊打底，双面氩气保护，容器内通过管端φ6mm孔输入氩气，由于没有排气端，容器容积又小，在熔焊至3/4圈后，必须减小背面氩气流量，否则会造成焊缝熔合困难。

（5）多层焊时严格控制层间温度，使层间温度＜60℃。

（6）焊接过程中，为加快焊缝冷却速度，可在焊接区用水强冷。

（7）焊接过程中必须遵照一定的施焊顺序进行，尽量避免焊接变形。

5.结语

通过焊接试验，确定出焊接接头形式和合理的焊接参数，控制焊接要点，容器焊后焊缝成形美观，按照JB4730.2—2005 进行100%射线探伤，全部达Ⅰ级要求；并且进行氦质谱检漏，漏率达3.4×10-9Pa·L/s，产品合格率为100%。