铬镍奥氏体不锈钢管焊接方法及特点

方管协会首发：在化工行业中经常遇到与非氧化性酸接触的化工容器、贮罐、反应釜等，通常多采用普通奥氏体不锈钢管来制造这类设备。但从设备的使用运行来看，它们的耐腐蚀性能不尽如人意，尤其在含氯离子的介质中，常常由于出现应力腐蚀而导致设备破坏，甚至造成事故。近年来从提高化工设备的耐蚀性和安全性等方面考虑，铬镍奥氏体不锈钢管开始广泛的使用。铬镍奥氏体不锈钢管以其独有的特性（即具有良好的耐酸、耐碱、耐腐蚀等性能），应用范围逐渐广泛，在众多行业中普遍使用，尤其在化工业容器制造中使用更为普遍。化工行业的容器其壁厚一般在６～２０ｍｍ范围内，因而在制造过程中普遍存在一个问题，即焊接方法的选择。
一、铬镍奥氏体不锈钢管焊接方法及特点
对于手工钨极氩弧焊，由于采用了惰性气体氩气（Ａｒ）作为保护气体，焊接过程中钨极、熔池、电弧以及被电弧加热的焊缝区域不被空气侵扰，便于焊接操作人员的观察熔池内熔滴过渡过程，可根据焊缝的坡口、间隙等组对情况随机调整填充金属速度，且焊接过程中一般没有飞溅现象和焊渣产生，因而能形成高质量的焊缝。但其缺点是一方面背面需采取有效的封闭措施（小型容器可直接充氩气；大型容器须采用气保护衬垫），增加了焊前准备工作，在焊接过程中消耗大量的氩气，而且保护措施的效果又直接影响到焊接质量，另一方面填充效率低，因此相应增加了生产成本，降低了工效。对于焊条电弧焊，具有较强的灵活性，设备简单、移动方便、焊接电缆长、把钳轻巧，适用于多种位置焊接，对焊接接头装配质量要求底，操作过程中金属熔敷速度比手工钨极氩弧焊快，生产效率高，因而不论在制造车间，还是野外作业均广泛采用。容器一般对焊缝有内在和外观成形的严格要求，而不锈钢管焊条电弧焊与碳钢焊条电弧焊相比，其熔池黏稠，熔渣和熔池金属难区分，不宜控制，焊缝外观成形依据焊接操作人员的技术水平有很大差异，尤其在第一层打底焊时，其焊道尺寸狭小，不利于焊条摆动，焊肉与母材极易形成较大的夹角，熔渣黏附不宜清理，内、外清根需采用角向磨光机磨削，一般磨削深度在２～５ｍｍ范围内，耗费材料多，质量保证难度大，直接影响工效；而且对于设计要求内部成形高的容器，如采用焊条电弧焊封底，由于其飞溅大，必须采取防护措施，且外观成形也难保证大范围一次合格。
二、铬镍奥氏体不锈钢管焊接工艺
在实际工程中，铬镍奥氏体不锈钢管焊接工艺有以下几种：
（一）奥氏体不锈钢管的手弧焊工艺：
奥氏体不锈钢管的手弧焊具有热影响区小、易于保证质量，适应各种焊接位置及不同板厚工艺要求的优点。焊条有酸性钛钙型和碱性低氢钠型两大类。低氢钠型的不锈钢管焊条抗热裂性较高，但成形不如钛钙型焊条，耐腐蚀性也较差。钛钙型焊条具有良好的工艺性能，生产中应用较普遍。由于奥氏体不锈钢管的电阻率为低碳钢的４倍以上，焊接时产生的电阻热较大，药皮容易发红和开裂，所以同样直径的焊条焊接电流值应比低碳钢降低２０％左右，焊条长度亦比同直径的碳钢焊条短，否则焊接时由于药皮的迅速发红、开裂会失去保护而无法焊接。施焊时，焊条不应作横向摆动，采用小电流、快速焊，一次焊成的焊缝不宜过宽，最好不超过焊条直径的３倍。多层焊时，每焊完一层要彻底清除焊渣，层间温度应低于６０℃与腐蚀介质接触的焊缝，为防止由于重复加热而降低耐腐蚀性，应最后焊接。焊后可采取强制冷却措施，加速接头冷却。焊接开始时，不要在焊件上随便引弧，以免损伤焊件表面，影响耐腐蚀性。
（二）奥氏体不锈钢管的埋弧焊工艺：
奥氏体不锈钢管埋弧焊时，由于焊接电流密度大，热量集中，因此形成的弧坑也较大，并且熔池厚度也增大，在局部间隙的较大处很容易烧穿，因此在施焊过程中需要在焊件背面采取一定的工艺措施，以防烧漏。常用方法是采用手弧焊封底，并用纯铜板垫、永久垫和焊剂垫等。
（三）奥氏体不锈钢管的钨极氩弧焊工艺：
奥氏体不锈钢管的钨极氩弧焊适宜于厚度不超过８ｍｍ的板结构，特别适宜于厚度在３ｍｍ以下的薄板、直径在６０ｍｍ以下的管子以及厚件的打底焊。钨极氩弧焊电弧的热功率低，所以焊接速度较慢，约为手弧焊速度的１／２～１／３。因此，焊接接头冷却过程中在危险温度区停留的时间长，耐腐蚀性能较差。
（四）奥氏体不锈钢管的熔化极氩弧焊工艺：
方管协会新闻：奥氏体不锈钢管采用熔化极氩弧焊时，若使用纯氩气作为保护气体会引起一系列困难，正确的焊接做法是采用氧化性混合气体作保护气体，即在纯氩气中加入少量氧气或ＣＯ２气体。焊接厚板时推荐以射流过渡焊接，保护气体的质量分数为Ａｒ９８％＋Ｏ２２％。由于射流过渡必须采用较高的电压和电流值，熔池流动性好，故只适于平焊和横焊；焊接薄板时推荐以短路过渡焊接，保护气体的质量分数９７．５％的Ａｒ＋２．５％的ＣＯ２。短路过渡时电压和电流值均较低，熔滴短路时会熄弧，熔池温度较低容易控制成形，因此适用于任意位置的焊接。
（五）铬镍奥氏体不锈钢管手工钨极氩弧焊焊接特点及焊接工艺铬镍奥氏体不锈钢管手工钨极氩弧焊双面打底、焊条电弧焊盖面工艺是结合手工钨极氩弧焊和焊条电弧焊的各自优点而制定的一套经焊接工艺评定合格的工艺，经实践应用，同单一的手工钨极氩弧焊或焊条电弧焊相比，其最大的特点是焊接质量高、焊接速度快，提高工作效率。不锈钢管手工钨极氩弧焊双面打底焊接操作过程中，利用两支焊枪在焊缝根部形成一个共同的熔池，每个焊枪喷射出的氩气流分别对内、外两侧形成立体保护区，保证了焊接区域不受空气侵入，确保了焊缝根部焊透和双面同步焊缝成形。双面打底焊接过程中，一般内侧焊接操作人员为主焊者，负责控制焊接速度、添加焊丝；外侧焊接操作人员为辅助配合、不加焊丝，特殊情况下视焊缝成形情况酌情添加。铬镍奥氏体不锈钢管手工钨极氩弧焊双面打底、焊条电弧焊盖面工艺关键因素之一是焊接工艺参数选择。
对于铬镍奥氏体不锈钢管焊接过程中必须严格控制热输入，即控制焊接线能量。焊接线能量是焊接电流和电弧电压之积与焊接速度的比值，直观反映焊接过程中的热输入的大小。由于手工钨极氩弧焊双面打底是采用二支焊枪同时操作，在一点维持一个熔池，因而焊接工艺参数的选择非常重要，如双面同时采取与单面焊接工艺相同的焊接工艺参数，势必造成对母材大的热输入，极易引起母材过烧，易形成晶间腐蚀倾向，影响焊缝及热影响区的机械性能。手工钨极氩弧焊双面打底另一关键因素是内、外两侧操作人员同步配合。操作过程中，保持同步能共同维持一个熔池，形成高质量的焊缝。反之，必然形成两个部分重合或完全不重合的熔池，相互间不能形成良好的立体保护，造成焊缝金属的氧化，极易在焊缝内部形成气孔、未熔合等缺陷，达不到工艺目的。
三、结论
总之，在采用正确的焊接工艺参数和良好的同步操作配合保证，不锈钢管手工钨极氩弧焊双面打底、焊条电弧焊盖面工艺，因减少了背面充气密封衬垫的按不同规格配制、焊前安装、焊后拆除等工序，降低了成本；并且在焊缝内、外两侧均可获得良好的焊缝成形，免除了焊后清根、打磨等工序，外侧焊采用焊条电弧焊进行填充时，由于焊条是在坡口尺寸相对大的位置填充操作，运条速度较快，充分发挥了焊条电弧焊的优势，在层间温度允许范围内可连续填充作业，直至面层，因而大大加快了焊接速度，提高了工作效率。