不銹鋼氬弧焊接工藝特點及常見缺陷的防治措施

1、304L不銹鋼氬弧焊接工藝特點及常見缺陷的防治措施摘 要：304L不銹鋼（ASTM標(biāo)準(zhǔn)）為奧氏體不銹鋼，屬于超低碳級不銹鋼，具有良好的綜合性能，是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的不銹鋼；文章通過現(xiàn)場實踐操作，研究總結(jié)了不銹鋼焊接中的工藝特點，針對晶間腐蝕、層間未熔合、引弧夾鎢、收縮縮孔等問題提出了具體的解決辦法和注意事項，有效地解決了焊接質(zhì)量問題。關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼; 晶間腐蝕; 危險溫度區(qū); 焊接線能量0 引 言西氣東輸管道增輸工程壓縮機(jī)（組）中的潤滑油系統(tǒng)、干氣密封系統(tǒng)和前置加熱系統(tǒng)工藝管道均為不銹鋼管，材質(zhì)為304L不銹鋼（美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)），主要管道規(guī)格為D60×6mm；本文主要以D

2、60×6mm管道為例，分析奧氏體不銹鋼管道焊接中易發(fā)生的缺陷，并介紹采取的預(yù)防措施。1 304L不銹鋼的特性和焊接工藝參數(shù)奧氏體不銹鋼304L對應(yīng)我國的標(biāo)準(zhǔn)上是00Cr19Ni10，其主要化學(xué)成分和機(jī)械性能見表1：表1 304L不銹鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能化學(xué)成分（%）機(jī)械性能CCrNi屈服強(qiáng)度（N/mm2）抗拉強(qiáng)度（N/mm2）硬度HB0.03018.020.09.013.0205520187304L不銹鋼的導(dǎo)熱率較低，約為碳鋼的1/3，電阻率約為碳鋼的5倍，線膨脹系數(shù)比碳鋼約大50%，密度大于碳鋼；由于不銹鋼存在眾多與碳鋼不同的特性，其焊接工藝規(guī)范也與碳鋼有所不同，對于不銹鋼304

3、L鋼管（ø60×6mm）我們采用的焊絲為ER308L，焊接工藝參數(shù)見表2：表2 304L不銹鋼的焊接工藝參數(shù)焊接層數(shù)焊絲規(guī)格(mm)電流（mA）電壓（V）焊接速度(mm/min)根焊Ø2.0909581060±5填充蓋帽Ø2.4110120101260±5注：焊接坡口角度為75±5°2 304L不銹鋼焊接工藝特點2.1 晶間腐蝕及應(yīng)對措施晶間腐蝕是在腐蝕介質(zhì)作用下，起源于金屬表面的晶界并且沿晶粒邊界深入金屬內(nèi)部產(chǎn)生在晶粒之間的一種腐蝕。晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼常見的焊接缺陷。 Cr是奧氏體不銹鋼中具用耐腐蝕性的基本元

4、素，當(dāng)Cr含量低于12%時，就不再具用耐腐蝕性了。304L不銹鋼在焊接過程中存在焊接危險溫度區(qū)間（為450850），見圖1。當(dāng)溫度達(dá)到這一范圍時，奧氏體中過飽和的碳向晶界處迅速擴(kuò)散并在晶粒邊界析出，析出的碳和鉻形成碳化鉻（Cr23C6）。同時因為鉻在奧氏體中的擴(kuò)散速度很慢，來不及向晶界擴(kuò)散，這樣就大量消耗了晶界處的鉻，使晶界處含鉻量降低到小于12%，這時晶界就失去了耐腐蝕能力；相應(yīng)的如果溫度低于450，則奧氏體中的碳擴(kuò)散速度不快，不能在晶界處擴(kuò)散析出而形成碳化鉻，所以沒有晶間腐蝕現(xiàn)象；如果溫度高于850，這時不僅碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度極快，而且鉻在奧氏體中的擴(kuò)散速度也很快，故不能造成晶粒邊界處

5、貧鉻，因而也不會發(fā)生晶間腐蝕。圖1 加熱溫度和保溫時間對18-8鋼抗晶間腐蝕能力的影響為防止304L不銹鋼在焊接過程中耐腐蝕性能下降，可以采取以下幾點措施：（1）焊接時在管道內(nèi)部進(jìn)行充氬施工，同時確保根焊時充氬濃度達(dá)到92%以上；在填充、蓋帽時，也要進(jìn)行充氬，防止焊縫金屬在高溫時進(jìn)行氧化反應(yīng)，造成晶間腐蝕。（2）焊接時采用小電流，快速焊，降低焊接線能量，縮短奧氏體不銹鋼在危險溫度區(qū)間（450850）的停留時間，防止晶間腐蝕。（3）對有條件進(jìn)行熱處理的焊縫，在焊接后可以進(jìn)行快速冷卻，使得焊縫溫度低于450，防止晶間腐蝕。2.2 層間未熔合的解決方法相對于碳鋼，不銹鋼在熔化后黏度大，流動性差，容易

6、形成層間未熔合等缺陷。為此在焊接時相應(yīng)的增大焊縫坡口角度，便于熔敷金屬流動，通常坡口角度為75±5°；另外在根焊中盡量采用小直徑焊絲，小電流，降低焊接線能量，提高熔敷金屬流動性。2.3 采用專用氬弧焊機(jī)，克服引弧夾鎢和收弧縮孔不銹鋼焊接易產(chǎn)生引弧夾鎢和收弧縮孔，需要配備具有高頻引弧和電流衰減特性的專用氬弧焊機(jī)，高頻引弧可以減少焊接夾鎢；電流衰減可以減少收弧縮孔。2.4 采用單側(cè)連續(xù)送絲方式圖2 單側(cè)連續(xù)送絲方式不銹鋼焊接中，對于焊口組對間隙較大的焊縫采用單側(cè)連續(xù)送絲方式（見圖2），焊槍連續(xù)擺動，焊絲只在一側(cè)徐徐送入，靠液態(tài)金屬流動性與另一側(cè)熔化母材結(jié)合，這樣可以防止根焊內(nèi)部

7、的單側(cè)咬邊問題，改善內(nèi)部成型。2.5 采用多層焊接方式由于不銹鋼焊接存在危險溫度區(qū)間，在焊接過程中盡量采用多層焊接，每層熔敷金屬盡量薄，在前一層焊縫冷卻后再進(jìn)行下一層焊接（層間溫度應(yīng)低于60），焊縫盡可能一次焊完，少中斷，少接頭，收弧要衰減。蓋面以焊縫外觀黃、紅為宜，若出現(xiàn)金屬黑則表示焊接線能量過大。2.6 采用小熱量輸入、小電流快速焊不銹鋼焊接中采用小熱量輸入、小電流快速焊。焊絲不做橫向擺動，焊道宜窄不宜寬，最好不超過焊絲直徑的3倍，這樣焊縫冷卻速度快，在危險溫度區(qū)間停留時間短，有利于防止晶間腐蝕。小熱量輸入時，焊接應(yīng)力小，有利于防止應(yīng)力腐蝕和熱裂紋，而且焊接變形小。3 注意事項（1）焊接前要檢查氬氣濃度；不銹鋼氬弧焊的氬氣濃度需達(dá)到99.9%以上，這樣可以起到保護(hù)作用，防止出現(xiàn)焊接缺陷。（2）在焊接前要確定管道內(nèi)充氬的濃度，不銹鋼焊接前管道內(nèi)需要進(jìn)行充氬，且充氬濃度需達(dá)到92%以上，充氬濃度可以通過儀器或者在管道焊口引弧確定。（3）焊接后要對焊縫表面和內(nèi)部進(jìn)行酸洗鈍化處理。經(jīng)過鈍化處理的焊縫表面呈銀白色，具有較高的耐腐蝕性。4 小結(jié)通過現(xiàn)場實踐和多次改進(jìn)，很好地解決了304L不銹鋼焊接中的常見缺陷