時(shí)間：2023-05-30 09:35:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇不銹鋼焊接，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
[ Abstract ]: the field of stainless steel is widely used in today's world, from industrial to medical treatment to people life, no need to stainless steel. With the rapid development of the industry of stainless steel, stainless steel welding highlights its importance. According to many years of experience in engineering practice, this paper mainly introduces austenitic stainless steel as an example, austenitic stainless steel the characteristics, process and in the process of welding defects, to understand the reasons and methods of prevention, as well as in the production of prevention.
[ Key words ]: austenite stainless steel; welding;
前言
不銹鋼按化學(xué)成分分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼，按組織分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。在不銹鋼中，奧氏體不銹鋼(18-8型不銹鋼)比其他不銹鋼具有更優(yōu)良的耐腐蝕性；強(qiáng)度較低，而塑性、韌性極好；焊接性能良好，其主要用作化工容器、設(shè)備和零件等，它是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣的不銹鋼。雖然奧氏體不銹鋼有諸多優(yōu)點(diǎn)但是若焊接工藝不正確或焊接材料選用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，最終影響使用性能。
一、奧氏體不銹鋼
奧氏體不銹鋼，是指在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr約18%、Ni 8%~10%、C約0.1%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不可能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化，如加入S，Ca，Se，Te等元素，則具有良好的易切削性。
二、奧氏不銹鋼的焊接特點(diǎn)
奧氏體不銹鋼具有良好的可焊性,但焊接材料或焊接工藝不正確時(shí),會(huì)出現(xiàn)以下缺陷：
1.晶間腐蝕
(1)晶間腐蝕產(chǎn)生原因及防范措施
原因：晶間腐蝕發(fā)生于晶粒邊界,所以叫晶間腐蝕。它是奧氏體不銹鋼最危險(xiǎn)的一種破壞形式,它的特點(diǎn)是腐蝕沿晶界深入金屬內(nèi)部,并引起金屬機(jī)械性能和耐腐蝕性能的下降。奧氏體不銹鋼在450～850℃溫度區(qū)間范圍內(nèi)停留一定時(shí)間后,則在晶界處會(huì)析出Cr23C6,其中的鉻主要來自晶粒表層,內(nèi)部的鉻如來不及補(bǔ)充,會(huì)使晶界晶粒表層的含鉻量下降而形成貧鉻區(qū),在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的作用下,晶界貧鉻區(qū)受到腐蝕就會(huì)形成晶間腐蝕
措施：①選用超低碳C≤0.03%、添加鈦或鈮等穩(wěn)定元素的不銹鋼焊條。②采用小規(guī)范,目的是為了減少危險(xiǎn)溫度范圍停留時(shí)間,采用小電流、快焊速、短弧焊及不作橫向擺動(dòng)。焊縫可采用強(qiáng)制冷卻(如銅墊板、水冷)方法加快焊接接頭的冷卻速度,減少熱影響區(qū)。多層焊時(shí),應(yīng)控制層間溫度,要前一道焊縫冷卻至60℃以下時(shí)再焊。③接觸介質(zhì)的那面焊縫最后焊接。④焊后固溶處理。將工件加熱至1050～1150℃后淬火,使晶界上的Cr23C6溶入晶粒內(nèi)部,形成均勻的奧氏體組織
2.熱裂紋
產(chǎn)生原因：①液相線和固相線距離大,凝固過程溫度范圍大,使低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析嚴(yán)重,而且集中在晶界處。②膨脹系數(shù)大,所以冷卻收縮時(shí)的應(yīng)力也大
防范措施：①控制焊縫金屬組織,盡量使焊縫金屬呈雙相組織,鐵素體的含量控制在3%～5%以下。②控制化學(xué)成分,應(yīng)減少焊縫金屬中的鎳、碳、硫、磷含量,增加鉻、鉬、硅及錳等元素,可以減少熱裂紋的產(chǎn)生。③選用適當(dāng)?shù)暮笚l藥皮類型。④采用適當(dāng)?shù)暮附右?guī)范和冷卻速度
三、焊縫成形不良
1.焊縫成形不良產(chǎn)生原因奧氏體不銹鋼焊接時(shí),由于焊縫中合金元素含量高,熔池流動(dòng)性差,易造成焊縫表面成形不良。主要表現(xiàn)在根部焊道背面成形惡化及蓋面焊道表面粗糙。焊縫表面成形不良對(duì)焊縫性能的影響在常溫或高溫工況下表現(xiàn)不明顯,但在低溫工況下,其成形不良所造成的應(yīng)力集中,對(duì)焊縫低溫性能的影響不亞于焊縫內(nèi)部質(zhì)量的影響。
2. 防止措施對(duì)于焊縫成形不良以及焊接熱影響區(qū)的晶間腐蝕問題,可以通過焊接工藝來加以解決。采用鎢極氬弧焊打底、較小的焊接線能量,來控制熱影響區(qū)處于敏化溫度區(qū)間的范圍
四、奧氏體不銹鋼的焊接工藝
（1）焊接方法
由于奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性，幾乎所有的熔焊方法和部分壓焊方法都可以焊接。但從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和技術(shù)性能方面考慮，最好采用焊條電弧焊、惰性氣體保護(hù)焊、埋弧焊和等離子焊等。
（2）焊接工藝參數(shù)的選擇
焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量，必須選擇合理的工藝參數(shù)，所選定的焊接工藝參數(shù)總稱為焊接工藝規(guī)范。例如，手工電弧焊的焊接工藝規(guī)范包括：焊接電流、焊條直徑、焊接速度、電弧長(zhǎng)度（電壓）和多層焊焊接層數(shù)等，其中電弧長(zhǎng)度和焊接速度一般由操作者在操作中視實(shí)際情況自行掌握，其他參數(shù)均在焊接前確定
1．焊條直徑
焊條直徑根據(jù)焊件的厚度和焊接位置來選擇。一般，厚焊件用粗焊條，薄焊件用細(xì)焊條。立焊、橫焊和仰焊的焊條應(yīng)比平焊細(xì)。
2．焊接電流和焊接速度
焊接電流是影響焊接接頭質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要因素。電流過大，金屬熔化快，熔深大、金屬飛濺大，同時(shí)易產(chǎn)生燒穿、咬邊等缺陷；電流過小，易產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷，而且生產(chǎn)率低。確定焊接電流時(shí)，應(yīng)考慮到焊條直徑、焊件厚度、接頭型式、焊接位置等因素，其中主要的是焊條直徑。一般，細(xì)焊條選小電流，粗焊條選大電流。焊接低碳鋼時(shí)，焊接電流和焊條直徑的關(guān)系可由下列經(jīng)驗(yàn)公式確定：
I=（ 30 ~ 60 ）d 式中：I為焊接電流（A），d為焊條直徑（mm）
（3）手工電弧焊重要的工藝及參數(shù)
1．焊條直徑主要依據(jù)焊件的厚度，焊接位置，焊道層數(shù)及接頭形式來決定。焊接件厚度較大時(shí)，選用較大直徑焊條。平焊時(shí)，可采用較大電流焊接。焊條直徑也相應(yīng)選大。橫焊、立焊或仰焊時(shí)，因焊接電流比平焊小，焊條直徑也相應(yīng)小些。多層焊的打底焊，用較小直徑焊條。。最后收焊時(shí)可選用較大直徑焊條。
2.焊接電流焊接電流大小，主要依據(jù)焊件厚度、接頭型式、焊接位置，依據(jù)焊條型號(hào)、焊條直徑來選擇。 立焊、橫焊、仰焊時(shí)，焊接電流要比平焊電流小10％～20％．不銹鋼焊條、合金鋼焊條因電阻大，熱膨脹系數(shù)較高，焊接電流大時(shí)，焊條會(huì)因發(fā)紅使藥皮脫落，影響焊接質(zhì)量。在施焊中，焊接電流要相應(yīng)減小。
（4）不銹鋼焊件焊后一般不作消除應(yīng)力處理。雖然在不銹鋼的焊接中也存在較高的殘余應(yīng)力,但由于接頭各區(qū)在焊后具有良好的塑性和韌性,使殘余應(yīng)力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應(yīng)力處理的溫度范圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū),消除應(yīng)力處理反而導(dǎo)致耐蝕性的降低。因此不銹鋼焊件的焊后熱處理的目的不應(yīng)是消除接頭的殘余應(yīng)力,而應(yīng)是提高接頭的耐蝕性。主要有固溶處理和穩(wěn)定化處理
關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼 壓力容器 防治措施 焊接工藝
前言
不銹鋼在航空、石油、化工和原子能等工業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，不銹鋼按化學(xué)成分分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼，按組織分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼。在不銹鋼中，奧氏體不銹鋼比其他不銹鋼具有更優(yōu)良的耐腐蝕性；強(qiáng)度較低，而塑性、韌性極好；焊接性能良好，其主要用作化工容器、設(shè)備和零件等，它是目前工業(yè)上應(yīng)用最廣的不銹鋼。雖然奧氏體不銹鋼有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是若焊接工藝不正確或焊接材料選用不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生很多缺陷，最終影響使用性能。
奧氏體型不銹鋼的焊接工藝
GB150-2011《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的奧氏體不銹鋼分18Cr-9Ni型和18Cr12Ni-Mo型兩大類，主要鋼種有S30408、S30403、S32168、S31608、S31708和S31703。
總之，奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性，在焊接過程中，焊縫金屬和熱影響區(qū)不發(fā)生二次相變，通常焊前無需預(yù)熱，焊后可不作熱處理。但在擬定焊接工藝時(shí)，也要考慮下列不利因素：
（1）熱膨脹系數(shù)大 奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數(shù)比碳鋼大50%～60%，導(dǎo)致焊接接頭的變形增大，特別是薄板焊接時(shí)必須采取相應(yīng)的工藝措施，以防止焊接變形。厚板接頭焊接時(shí)應(yīng)注意降低焊接殘余應(yīng)力。
（2）熱導(dǎo)率低 奧氏體不銹鋼的熱導(dǎo)率約為碳鋼的一半，使焊接熱量不易散失，加劇了熱影響區(qū)的過熱，促使晶粒長(zhǎng)大，并擴(kuò)大了敏化溫度區(qū)間，降低了接頭的耐蝕性。為減少這種不利的影響，可采用水冷鋼墊板，以及焊縫背面噴水冷卻的辦法加快焊接區(qū)的冷卻速度。
對(duì)于不銹鋼壓力容器焊接來說，其最重要的是保證焊接接頭的耐蝕性。奧氏體不銹鋼在500-800℃的溫度范圍內(nèi)加熱時(shí)，過飽和固溶的碳向晶料間界的擴(kuò)散比鉻的擴(kuò)散的快，在晶界附近和鉻結(jié)合成碳化鉻沿晶界的沉淀，這種現(xiàn)象稱為敏化。在敏化過程中，鉻在晶界與碳結(jié)合成碳化鉻，促使晶界附近區(qū)貧鉻而降低了這些區(qū)域的耐蝕性，其嚴(yán)重的程度與不銹鋼本身的碳含量直接有關(guān)。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，當(dāng)不銹鋼的w（C）低于0.03%以下或更低時(shí)，在常規(guī)生產(chǎn)條件下焊接的接頭一般不會(huì)出現(xiàn)這種敏化現(xiàn)象。因此，選用超低碳不銹鋼母材和相應(yīng)的焊接材料是保證焊接接頭耐蝕性的最有效的方法之一。
采用穩(wěn)定型不銹鋼也是保證焊接接頭耐蝕性的有效措施。在這些不銹鋼中，除了有足夠含量的鉻、鎳合金元素之外，還加入了穩(wěn)定碳化物的元素，如鈮、鉭和鈦等。這些合金元素與碳的親和力比鉻高得多。鈮和鈦比鉻更早形成碳化物而沉淀，奪取了可能與鉻化合的碳，從而使奧氏體晶粒內(nèi)保留了足夠數(shù)量的鉻，保持了不銹鋼原有的耐蝕性。
但必須指出，在穩(wěn)定型不銹鋼焊接接頭中，在一些不利條件的共同作用下，在近縫區(qū)可能產(chǎn)生敏化現(xiàn)象而形成腐蝕帶。這種腐蝕形式由于形似發(fā)刀刃，故稱為刀狀腐蝕。它是穩(wěn)定型不銹鋼焊接接頭有的腐蝕現(xiàn)象。為消除這種敏化現(xiàn)象，焊后必須作穩(wěn)定化熱處理。
根據(jù)上述奧氏體不銹鋼的焊接特點(diǎn)，這類鋼可采用各種傳統(tǒng)的弧焊方法進(jìn)行焊接，其中包括焊條電弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、鎢極氬弧焊，等離子弧焊和埋弧焊等。同時(shí)應(yīng)當(dāng)優(yōu)先采用焊接熱輸入低的焊接方法和焊接變形量小的特種焊接工藝，如窄間隙氬弧焊和窄間隙熔化極氣體保護(hù)焊等。
奧氏體不銹鋼焊接工藝要點(diǎn)分述：
1）焊前準(zhǔn)備必須將可能使焊縫金屬增碳的各種污染物消除掉。焊接坡口面及兩側(cè)20mm范圍內(nèi)應(yīng)用丙酮和酒精脫脂去水。不得用碳鋼鋼絲刷清理坡口和焊縫表面。清渣和修速表面應(yīng)用砂輪、研磨帶和不銹鋼絲刷等。
2）焊條必須存放在干凈的庫房?jī)?nèi)。使用前應(yīng)按焊條藥皮類型在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)烘，使用時(shí)應(yīng)將焊條放在焊條筒內(nèi)。焊條保管工和焊工必須戴干凈手套搬運(yùn)和領(lǐng)取焊條。埋弧焊和氣體保護(hù)焊用焊絲，使用前應(yīng)用丙酮擦凈焊絲表面。
3）采用焊條電弧焊焊接不銹鋼薄板焊件時(shí)，可選用氧化鈦型焊條，其電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫成形美觀。
4）對(duì)于立焊和仰焊位置的焊接，推薦采用氧化鈣型焊條。其熔渣凝固較快，對(duì)焊接熔池可起一定的支托作用。
5）氣體保護(hù)焊和埋弧焊時(shí)，應(yīng)選用鉻、錳含量比母材高的焊絲，以補(bǔ)償焊接過程中合金元素的燒損。在不銹鋼厚板接頭的焊接中，為使焊縫金屬具有較高的抗裂性，宜采用鉬和硅含量較高的不銹鋼絲。
6）在焊接耐蝕性要求較高的穩(wěn)定型不銹鋼時(shí)，應(yīng)采用鈮合金化的不銹鋼焊條和焊絲，不宜采用鈦合金化的焊條和焊絲。此外，還應(yīng)注意焊條中的鈮都是通過藥皮過渡到焊縫金屬中的，因此不應(yīng)使用藥皮脫落或開裂的焊條。
7）在焊接過程中必須將焊件保持較低的層間溫度，最高不應(yīng)超過150℃。焊接不銹鋼厚板接頭時(shí)，為加快焊縫的冷卻，可多焊縫背面噴冷卻水，或用壓縮空氣吹焊縫表面，但必須注意層間清理，心止壓縮空氣中的水分污染焊接區(qū)。
8）焊條電弧焊時(shí)，應(yīng)在焊條說明書規(guī)定的電流范圍內(nèi)選擇焊接電流。由于不銹鋼的比電阻較大，靠近夾持端的一段焊條會(huì)受電阻熱的作用而發(fā)紅，焊條的后半段熔化速度加快面焊縫的熔深減小，焊接時(shí)會(huì)造成未熔合和浮焊等缺陷。雖然目前在市場(chǎng)上已出售耐發(fā)紅的不銹鋼焊條，但焊條藥皮類型局限于氧化鈦型。
10）在操作技術(shù)上要求采用窄焊道技術(shù)，焊接時(shí)盡量不擺動(dòng)焊條或焊槍，在保證層間熔合良好的前提下，盡可能提高焊接速度。
11）奧氏體不銹鋼焊件焊后一般可不作消除應(yīng)力處理。雖然在不銹鋼焊接接頭中也存在較高的殘余應(yīng)力，但由于接頭各區(qū)在焊后狀態(tài)具有良好的塑性和韌性，使殘余應(yīng)力的有害影響顯著減小。更重要的是消除應(yīng)力處理的溫度范圍正好處于不銹鋼的敏化溫度區(qū)，消除應(yīng)力處理可能反而會(huì)導(dǎo)致耐蝕性的降低，因此，不銹鋼焊件的焊后熱處理不僅是為了消除接頭的殘余應(yīng)力，而且還應(yīng)同時(shí)提高接頭的耐蝕性，滿足這種要求的熱處理方法只有固溶處理，即水淬和穩(wěn)定化處理，即所謂的“免疫處理”。
對(duì)于大型焊件來說，穩(wěn)定化處理更為適用。這種熱處理即能降低接頭的殘余應(yīng)力，又可消除碳化鉻沿晶界的沉淀。穩(wěn)定化處理是將焊件在700～870℃溫度下加熱，保溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間，一般為4～5min/mm，使鉻擴(kuò)大散到晶界附近的貧鉻區(qū)，保溫結(jié)束后以緩慢的速度冷卻。穩(wěn)定化處理后，接頭的殘余應(yīng)力約可消除85%。
結(jié)論
綜上所述，奧氏體不銹鋼的焊接是有其獨(dú)特特點(diǎn)的，奧氏體不銹鋼在焊接時(shí)焊條選用尤其值得注意，通過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐證明，采用上述措施能達(dá)到針對(duì)不同材料實(shí)施不同的焊接方法和不同材料的焊條，不銹鋼焊條必須根據(jù)母材和工作條件（包括工作溫度和接觸介質(zhì)等）來選用。它對(duì)我們有很好的指導(dǎo)意義，這樣才有可能能達(dá)到所預(yù)期的焊接質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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[2] 李智誠，朱中平，薛劍峰；世界物資出版社[M]；1995年
關(guān)鍵詞：奧氏體不銹鋼 壓力容器 焊接質(zhì)量控制
中圖分類號(hào)：TF351 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（c）-0113-01
《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》將涉及生命安全，危險(xiǎn)性較大的壓力容器定義為特種設(shè)備。特種設(shè)備是國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)備，是與人民群眾生活密切相關(guān)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，一旦發(fā)生事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失。
特種設(shè)備的生產(chǎn)制造過程離不開焊接環(huán)節(jié)，焊接是特種設(shè)備產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的一項(xiàng)關(guān)鍵工序，其質(zhì)量的好壞將直接影響到特種設(shè)備安全運(yùn)行和使用壽命。因此在對(duì)特種設(shè)備安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)過程中焊接控制十分重要。下面就奧氏體不銹鋼制壓力容器的焊接性能及特點(diǎn)，施焊控制重點(diǎn)介紹如下。
1 奧氏體不銹鋼的焊接性能及特點(diǎn)
奧氏體不銹鋼可采用焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊方法施焊，其焊接過程對(duì)氫脆不敏感，焊態(tài)下接頭也有較好的韌性和塑性，可焊性較好。但如焊接工藝控制不當(dāng)，焊接接頭易存在以下問題。
（1）奧氏體不銹鋼具有較大的電阻率和線膨脹系數(shù)，較低的導(dǎo)熱率導(dǎo)致焊接過程中的焊接變形大，易形成熱裂紋。
（2）在焊接過程中，若在敏化區(qū)停留時(shí)間（對(duì)于18-8鋼，在450℃～850℃溫度之間）過長(zhǎng)，短時(shí)加熱就很容易促使產(chǎn)生晶間腐蝕傾向，其原因是晶界上易形成鉻的碳化物，造成晶界貧鉻，降低抗晶間腐蝕能力。
2 施焊控制重點(diǎn)
2.1 焊接變形與殘余應(yīng)力控制
焊接是一種局部加熱的工藝過程，這種過程會(huì)造成母材局部受熱膨脹和冷卻收縮現(xiàn)象，因此所有焊接均會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，這些變形有可能導(dǎo)致容器棱角度、直徑、橢圓度、垂直度、平面度等參數(shù)不符合設(shè)計(jì)圖樣的要求，也可能導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力引起的焊接裂紋等缺陷。為減少焊接應(yīng)力與變形引起的不利影響，在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)焊縫的配置、形狀尺寸、數(shù)量等因素加以考慮。因設(shè)計(jì)時(shí)，焊縫已經(jīng)確定，只能采取焊接工藝措施來控制減少變形和殘余應(yīng)力的影響。在實(shí)際監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)，對(duì)壓力容器制造廠的焊接工藝以及合理施焊順序進(jìn)行加以控制，盡量減少焊接接頭的拘束度是焊接工藝控制變形的基礎(chǔ)，也可采用反變形法和剛性固定法對(duì)設(shè)備焊接過程進(jìn)行控制，使焊接變形和殘余應(yīng)力降為最低。
2.2 應(yīng)力腐蝕控制
奧氏體不銹鋼焊接接頭對(duì)應(yīng)力腐蝕比較敏感，一般情況下，焊接接頭中存在的殘余應(yīng)力為應(yīng)力腐蝕創(chuàng)造了必要條件，焊接熱過程導(dǎo)致的焊接接頭碳化物析出敏化，促進(jìn)了應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，控制應(yīng)力腐蝕應(yīng)從控制焊接變形和焊接接頭敏化區(qū)溫度著手實(shí)施。
2.3 焊接熱裂紋控制
奧氏體不銹鋼焊接時(shí)，焊縫和近縫區(qū)均可產(chǎn)生裂紋，而且主要是熱裂紋，裂紋特征是典型的晶間斷裂，其原因是源于奧氏體不銹鋼受熱膨脹較大，散熱較慢，焊縫在凝固過程中，造成焊縫枝晶粗大和過熱區(qū)晶粒粗化，增大偏析，形成較大的焊接內(nèi)應(yīng)力，因此，焊接過程應(yīng)盡量采用較小的焊接熱輸入，不進(jìn)行預(yù)熱并降低層間施焊溫度，控制焊接速度，減少高溫冷卻速度或適當(dāng)降低焊接電流來減少焊縫熔深。另外，在焊接起弧和收弧處易產(chǎn)生焊接裂紋，焊接筒體縱焊縫時(shí)，應(yīng)加引弧板和收弧板。
2.4 晶間腐蝕控制
奧氏體不銹鋼焊接接頭易產(chǎn)生晶間腐蝕，造成晶間腐蝕的機(jī)理是在焊接過程中，敏化區(qū)域溫度范圍（450℃-850℃）內(nèi)，在晶界析出鉻的碳化物形成了貧鉻的晶粒邊界。在焊接工藝控制上應(yīng)采用較低的焊接熱輸入，快速冷卻以減少處于敏化加熱的時(shí)間；焊接材料控制上應(yīng)盡量降低含碳量，增加鈮、鉬、鈦等元素到焊接接頭中，減少或阻止晶粒邊界生成鉻的碳化物，以減少焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性。
2.5 焊接材料控制
焊接材料是保證母材焊接質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需根據(jù)母材的化學(xué)成分，力學(xué)性能，焊接性能及結(jié)合容器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用條件，焊接方法綜合考慮選用。通常應(yīng)保證焊縫金屬的力學(xué)性能高于或等于母材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限值，或應(yīng)滿足產(chǎn)品圖樣中技術(shù)條件的規(guī)定，針對(duì)奧氏體不銹鋼焊接特點(diǎn)，焊材的選擇應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求。
（1）低的碳含量，以減少焊縫產(chǎn)生晶間腐蝕的可能性。
（2）能夠通過焊材過渡各種合金元素到焊接接頭中，使焊縫金屬成為含有確定數(shù)量的奧氏體和鐵素體組織滲透，如鈮，鉬，鈦等元素到焊接接頭中與碳形成穩(wěn)定化合物，阻止晶粒邊界生成鉻的碳化物來增加耐晶間腐蝕性能。
（3）嚴(yán)格控制焊材中硫、磷含量，以減少產(chǎn)生焊縫熱裂紋的危險(xiǎn)性。另外焊接材料入庫、驗(yàn)收、保管、發(fā)放與回收應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。監(jiān)檢人員應(yīng)加以檢查、監(jiān)督，保證其符合規(guī)范程序要求。
2.6 焊接工藝控制
焊接工藝評(píng)定是驗(yàn)證擬定的焊接工藝正確性而進(jìn)行的試驗(yàn)過程及結(jié)果評(píng)價(jià)，評(píng)定內(nèi)容包含焊接過程中所應(yīng)控制的焊接工藝因素，該過程是選擇具體焊接工藝參數(shù)的過程，通過對(duì)焊接工藝的評(píng)定將符合焊接接頭性能要求的工藝形成焊接作業(yè)指導(dǎo)書，用于指導(dǎo)容器焊接。監(jiān)檢人員應(yīng)熟知和控制評(píng)定合格的焊接工藝參數(shù)，對(duì)焊接作業(yè)指導(dǎo)書與焊接工藝評(píng)定的一致性進(jìn)行監(jiān)督檢查，在施焊過程中監(jiān)督、執(zhí)行制定的焊接工藝方案。
3 結(jié)語
奧氏體不銹鋼制壓力容器廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，一旦發(fā)生事故將會(huì)造成嚴(yán)重的人員傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失，因此在奧氏體不銹鋼制壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)過程中，焊接控制十分重要。
該文就奧氏體不銹鋼的焊接性能和特點(diǎn)，有針對(duì)性的施焊控制重點(diǎn)進(jìn)行了一定的探討，供同行參考借鑒。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：雙相不銹鋼；力學(xué)性能；耐腐蝕性能
引言
雙相不銹鋼，指鐵素體與奧氏體各約占50%，一般較少相的含量最少也需要達(dá)到30%的不銹鋼。在含C較低的情況下，Cr含量在18%～28%，Ni含量在3%～10%。有些鋼還含有Mo、Cu、Nb、Ti、N等合金元素。該類鋼兼有奧氏體和鐵素體不銹鋼的特點(diǎn)，與鐵素體相比，塑性、韌性更高，無室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能均顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475℃脆性以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)。UNS32205雙相不銹鋼是由22-23%鉻，3.0-3.5%鉬及4.5-6.5%鎳氮合金構(gòu)成的復(fù)式不銹鋼，是目前國外應(yīng)用最普遍的雙相不銹鋼，它是一種典型的含N、低碳、雙相鐵素體—奧氏體不銹鋼。該類鋼種主要出現(xiàn)在公司承建的海水冷卻電站項(xiàng)目中，用于循環(huán)水冷卻系統(tǒng)的儀表管路、取源部件中。由于其具有優(yōu)良的耐海水腐蝕性能，而在電站建設(shè)中具有廣泛的用途，因此對(duì)UNS32205雙相不銹鋼焊接性的研究具有重要的意義。
一、UNS32205雙相不銹鋼焊接工藝的選擇
（一）焊前準(zhǔn)備
1、不銹鋼在焊接前一定要仔細(xì)清理焊接區(qū)域附近（焊縫兩側(cè)30-40mm）的油污、銹蝕等。清理方法可以采用酒精、丙酮擦洗，也可以用不銹鋼絲刷清理，徹底清理的目的是祛除氫氣產(chǎn)生的根源，因?yàn)殡p相鋼的比奧氏體不銹鋼溶解氫氣的能力低，氫致裂紋的傾向較大。
2、雙相不銹鋼焊接時(shí)需要背部惰性氣體保護(hù)，防止合金元素?zé)龘p，影響不銹鋼的性能。本次試驗(yàn)采用廢紙箱板剪裁成管子內(nèi)徑大小的堵板。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的條件，可以采用廢料制作堵板，并保證焊接完畢可以完整的取出。
3、焊接材料選用天泰ER2209/E2209。根據(jù)化學(xué)元素匹配的原則，并考慮到化學(xué)元素在高溫電弧中的燒損，采用含NI量較高的2209，使焊接區(qū)域產(chǎn)生相平衡。
（二）焊接方法
2205雙相不銹鋼可以采用多種焊接方法，本試驗(yàn)對(duì)電站建設(shè)中應(yīng)用普遍的GTAW+SMAW組合焊接方法進(jìn)行研究。即打底采用氬弧焊，保證單面焊雙面成型。蓋面采用自動(dòng)氬弧焊，按多層焊接規(guī)定的順序，多層數(shù)施焊，每次堆焊應(yīng)清理焊道，焊后不做熱處理。試驗(yàn)中使用的焊機(jī)奧太ZX7-400STG型直流焊機(jī)。
（三）焊接工藝參數(shù)
2205雙相不銹鋼要求全熔透，實(shí)驗(yàn)中采用V型坡口、坡口角度為60°、鈍邊5mm、根部間隙1～2mm、外徑Φ219×9的管子對(duì)接焊。焊接時(shí)特別注意焊接線能量，控制層間溫度≦150℃。
二、焊接接頭性能的檢驗(yàn)
對(duì)焊接工藝評(píng)定試件進(jìn)行解剖取樣，進(jìn)行組織、力學(xué)性能試驗(yàn)，對(duì)擬定的焊接工藝進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析總結(jié)出影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
（一）金相分析
從圖1中可以看到，在焊縫處晶粒明顯的比HAZ區(qū)域細(xì)小，這是因?yàn)樵囼?yàn)中TIG焊的焊接熱輸入較高，焊后高溫停留時(shí)間短，F(xiàn)向A轉(zhuǎn)化快，晶粒細(xì)小，而熱影響區(qū)溫度區(qū)間低溫時(shí)間較長(zhǎng)。鐵素體晶粒易于長(zhǎng)大，晶粒粗大。用鐵素體測(cè)量?jī)x測(cè)量鐵素體含量，焊縫處為47.7%和HAZ為52.6%。
（二）力學(xué)性能
從表2中可以看到，取拉伸試驗(yàn)兩件、面彎背彎各兩件、焊縫和熱影響區(qū)沖擊試樣各取三個(gè)。拉伸試樣的σb=805MPa>655Mpa（ASMEⅡ材料最低抗拉強(qiáng)度）。試樣均斷于母材，拉伸強(qiáng)度滿足合格標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論
1、選擇合適的焊接線能量非常重要，當(dāng)采用很小焊接線能量時(shí)，由于快速冷卻使得焊接熱影響區(qū)和焊縫的鐵素體含量偏高，對(duì)耐腐蝕性能和力學(xué)性能不利。但是過高的焊接線能量會(huì)燒損合金元素、冷卻太慢使得中間相析出，引起組織不平衡，因此，通過調(diào)整焊接線能量輸入可以獲得最佳的焊縫和熱影響區(qū)性能。
2、注意定位焊縫的長(zhǎng)度，定位焊接時(shí)如果長(zhǎng)度過短，焊接未建立起平衡過程即結(jié)束焊縫冷卻會(huì)很快，可能導(dǎo)致鐵素體含量過高、低韌性并因氮化物析出而降低耐腐蝕性能。因此如采用定位焊。對(duì)定位焊縫的最短長(zhǎng)度應(yīng)進(jìn)行規(guī)定。
3、焊接過程材料的保護(hù)，材料表面的弧擊和起弧是一個(gè)瞬間的高溫過程冷卻速度很快表面顯微組織中鐵素體含量很高，這種組織對(duì)裂紋和腐蝕很敏感，應(yīng)盡力避免。如果產(chǎn)生必須用細(xì)砂輪打磨去除。現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中材料的保護(hù)非常重要，應(yīng)避免碳鋼、銅、低熔點(diǎn)金屬或其它雜質(zhì)對(duì)不銹鋼的污染可能情況下， 不銹鋼和碳鋼管應(yīng)分開存放和焊接。焊接和切割過程中應(yīng)采取措施防止飛濺、弧擊滲碳、局部過熱等。■
參考文獻(xiàn)
[1]張杰，宋文明.SAF2205雙相不銹鋼焊接工藝研究[J].熱加工工藝.2009（03）
【關(guān)鍵詞】不銹鋼；接頭；晶間腐蝕；控制
中圖分類號(hào)：TF764文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
當(dāng)前，18-8奧氏體不銹鋼應(yīng)用范圍十分廣泛，但是其晶間腐蝕性作為一種極具危險(xiǎn)性的腐蝕破壞給不銹鋼造成極具嚴(yán)重的危害。因此，要采取相關(guān)手段進(jìn)行抗腐蝕措施。
二、奧氏體不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕試驗(yàn)
18-8奧氏體不銹鋼在氧化和弱氧化介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕,晶間腐蝕是由表面沿晶界深入到內(nèi)部,它使材料機(jī)械強(qiáng)度急劇下降,稍受外力即沿晶界斷裂,而表面卻仍然光亮完好,所以晶間腐蝕是一種具有極大的危險(xiǎn)性的腐蝕破壞。因此,要求采用不銹鋼制作的設(shè)備,母材和焊接接頭都應(yīng)有足夠的抗晶間腐蝕性能。為保證產(chǎn)品質(zhì)量,經(jīng)施焊的構(gòu)件設(shè)備必須進(jìn)行焊接接頭晶間腐蝕傾性檢查。
1、焊接接頭晶間腐蝕試驗(yàn)方法
通常采用加速方法來測(cè)定不銹鋼對(duì)晶間腐蝕的敏感性,其原理是選擇適當(dāng)?shù)慕g劑和條件對(duì)晶間進(jìn)行加速的選擇性腐蝕。我們采用/GB4334.5—2000不銹鋼硫酸——硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法(T法)進(jìn)行。
(1)試樣的選取和制備。試樣在與產(chǎn)品筒體延長(zhǎng)部位同時(shí)施焊的焊接工藝檢查試板上切取,試樣尺寸為80mm×20mm×(3~4)mm,數(shù)量為2個(gè),焊接接頭位于試樣中部,試樣切取原則上用鋸切,用剪切時(shí)應(yīng)通過切削去除剪切變形的影響部分,試樣上焊縫加強(qiáng)高應(yīng)加工至與母材齊平。
(2)試樣的敏化處理。試樣以焊后狀態(tài)進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)焊后要經(jīng)過350℃以上熱壓力加工的焊接件,試樣應(yīng)在焊后進(jìn)行敏化處理。敏化處理規(guī)范為加熱至650℃,保溫2h空冷。敏化后試樣表面所產(chǎn)生的氧化皮用砂紙打磨干凈,試樣表面粗糙度Ra值不大于0.8m。
(3)腐蝕試驗(yàn)介質(zhì)為硫酸)硫酸銅溶液。試劑:100g硫酸銅(CuSO4.5H2O),見GB665-65分析純;100ml硫酸(H2SO4)相對(duì)密度1.84,見GB625-77分析純;1000ml蒸餾水或去離子,銅屑純度不低于99.8%,見GB466-64四號(hào)銅。
(4)試驗(yàn)程序。先將試樣用丙酮除油并洗凈干燥。試驗(yàn)時(shí)先在帶磨口的錐形瓶瓶底鋪上一層5~10mm銅屑,再放入試樣,若有兩個(gè)試樣,試樣間用銅屑間隔使其相互不接觸,在試樣上再覆蓋一層銅屑。倒入配制好的試驗(yàn)液,液面高出銅屑20mm左右。裝上回流冷凝器,接通冷卻水,將溶液加熱至沸騰并連續(xù)煮沸16h后取出試樣,洗凈、干燥。
2、試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定
試樣在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲后評(píng)定,與介質(zhì)的接觸面為檢驗(yàn)面(即彎曲試樣處表面),沿熔合線進(jìn)行彎曲,彎曲用的壓頭直徑為5mm,試樣的彎曲角度為180度,彎曲后試樣在10倍放大鏡下觀察彎曲試樣處表面,評(píng)定有無因晶間腐蝕而產(chǎn)生的裂紋。
三、不銹鋼焊接接頭晶間腐蝕的金相特征
1、焊接后組織狀態(tài)
在顯微鏡下觀察,正常的焊縫組織為奧氏體加少量呈樹狀結(jié)晶的鐵素體,焊縫和母材熔合良好。熱影響區(qū)母材組織變化較大,緊靠熔合線熱影響區(qū)組織為單相奧氏體,其晶界呈細(xì)線狀,奧氏體邊界平直,晶內(nèi)能見到孿晶線(圖1)。距熔合線3.7~4mm處組織仍為奧氏體,但晶界發(fā)生較大的變化,沿晶界析出點(diǎn)狀碳化物,點(diǎn)狀碳化物形成半封閉網(wǎng)絡(luò),平直的奧氏體晶界趨向圓滑(圖2),該組織寬約3.5mm。母材為正常單相奧氏體組織。
圖1緊靠熔合線母材組織
圖2熱影響區(qū)母材組織
2、焊后敏化處理并經(jīng)晶間腐蝕試驗(yàn)
試樣在顯微鏡下觀察,焊縫與母材熔合良好,熱影響區(qū)與該區(qū)母材組織均相同,為單相奧氏體,晶粒邊界圓滑,晶界有點(diǎn)狀碳化物形成半封閉網(wǎng)絡(luò)(圖3),所不同的是在試樣近表面處能明顯看見晶間裂紋,表面有時(shí)能明顯見到晶粒脫落,晶間腐蝕是由表面向中心推進(jìn)的,總深度約為0.9~1mm(圖4)。該組織具有典型的晶間腐蝕微觀特征。
圖3焊縫母材組織
圖4 母材表面晶間腐蝕
四、晶間腐蝕機(jī)理
用公認(rèn)的貧鉻理論能完滿解釋奧氏體不銹鋼晶間腐蝕。在一定的溫度范圍奧氏體內(nèi)過飽和碳析出并與固溶體的鉻結(jié)合形成Cr23C6碳化物,由于晶粒內(nèi)碳的擴(kuò)散速度大于鉻的擴(kuò)散速度,故碳很易擴(kuò)散到晶界與鉻形成Cr23C6碳化物,并在晶界沉淀析出,這個(gè)溫度范圍與不銹鋼的含碳量有關(guān),約在450~850℃,稱為危險(xiǎn)溫度范圍。在危險(xiǎn)溫度范圍內(nèi),由于碳化物的析出使固溶體內(nèi)的鉻大大降低,當(dāng)鉻含量低于13%時(shí)基體就會(huì)喪失抗腐蝕能力而產(chǎn)生腐蝕。
金相分析結(jié)果表明,直接焊態(tài)試樣,離焊縫熔合線4~7.5mm的熱影響區(qū)母材處于危險(xiǎn)溫度范圍內(nèi),焊后敏化處理試樣,因敏化溫度在危險(xiǎn)溫度范圍內(nèi),均在晶界析出大量Cr23C6碳化物,使不銹鋼產(chǎn)生晶界腐蝕。而焊接接頭晶間腐蝕也可能發(fā)生在焊縫區(qū)和熔合線上。在焊縫區(qū)多層多道焊的前一層焊道的熔敷金屬,在后一道焊縫施焊時(shí),同樣經(jīng)歷了一個(gè)熱循環(huán),存在一個(gè)熱影響區(qū),在敏化溫度的區(qū)域停留過長(zhǎng)也會(huì)在晶界析出Cr23C6碳化物,形成貧鉻的晶粒邊界,若該區(qū)正好暴露在焊縫表面并與腐蝕介質(zhì)接觸則會(huì)產(chǎn)生晶間腐蝕。在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕則是一種特殊的晶間腐蝕,俗稱刀狀腐蝕。
五、提高焊接接頭抗晶間腐蝕能力的措施
由于晶界碳化鉻沉淀析出而引起晶界貧鉻是奧氏體不銹鋼晶間腐蝕的主要原因,因此提高抗晶間腐蝕能力,防止晶間腐蝕的途徑都是從控制碳化鉻的沉淀來考慮,即從碳化鉻沉淀的分量、部位和沉淀物形成動(dòng)力等方面考慮。
1、焊接方法選擇
選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒ūM可能縮短焊件在敏化溫度區(qū)段下停留的時(shí)間,減低危險(xiǎn)溫度對(duì)它的影響。對(duì)于薄件、小件,采用高能量的真空電子束焊或等離子焊;對(duì)于中等厚度板材,采用熔化極自動(dòng)或半自動(dòng)氣體保護(hù)焊;對(duì)于大厚度板材,采用埋弧焊;焊條電弧焊為最常用的方法。
2、焊接材料控制
焊接材料通常根據(jù)奧氏體不銹鋼的材質(zhì)、工作條件(介質(zhì)、溫度)來選擇,原則上選擇與母材相近的焊接材料,為保證焊縫區(qū)抗晶間腐蝕性能,采用以下措施:
(1)選用低碳或超低碳的不銹鋼焊材。最大限度降低碳在焊縫金屬中的含量,達(dá)到碳在不銹鋼中室溫溶解極限以下,使碳形成碳化鉻的可能性減到最小,從而根除貧鉻區(qū)的形成,提高焊縫金屬抗晶間腐蝕能力。
(2)選擇添加了鈦、鈮、鉭等穩(wěn)定化元素的焊材。鈦、鈮、鉭等穩(wěn)定化元素與碳的親和力要比鉻大得多,碳與它們優(yōu)先結(jié)合成鈦、鈮、鉭的碳化物,并以顆粒彌散分布在晶內(nèi),使奧氏體內(nèi)的固溶碳含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))降低,若碳降至0.01%以下,就不能形成碳化鉻,從而可提高抗腐蝕能力。
(3)采用具有C-D雙相組織的焊材。熔敷金屬中若有5%~10%的D鐵素體則可降低發(fā)生晶間腐蝕的趨勢(shì),這是由于D/C相界面能低于奧氏體晶界C/C的界面能,因而碳化物擇優(yōu)在D相一側(cè)析出,減少了碳化物在奧氏體相界面的析出量。而鉻在D鐵素體中擴(kuò)散速度較在奧氏體中快10倍,在危險(xiǎn)的敏化溫度停留所造成的貧鉻區(qū)很快從鐵素體邊得到補(bǔ)充而消失,同時(shí),鐵素體在奧氏體晶界上以一個(gè)個(gè)孤立小島分布,破壞了奧氏體晶界的連續(xù)性,顯著增加了晶粒晶界的總面積,故具有雙相組織的不銹鋼有降低晶間腐蝕的趨勢(shì)。
(4)焊材直徑的控制。材料的直徑直接關(guān)系到焊接熱輸入量的大小,在保證焊接質(zhì)量(全焊透)的情況下,為降低焊接時(shí)的熱量輸入應(yīng)盡量選用直徑較小的焊材。
3、焊接參數(shù)控制
在保證完全焊透、全熔合的情況下盡量選用小電流、低電壓(短弧焊)焊接,以減少熱輸入量,改善焊接接頭性能。
4、焊接過程控制
(1)焊前準(zhǔn)備清潔焊件,焊件坡口應(yīng)去除油漆、油污;自動(dòng)焊絲表面應(yīng)除油、除銹并保存于干凈、干燥處;電弧焊焊絲必須烘干并保存在保溫筒中。
(2)焊接過程焊接時(shí)采用直線運(yùn)條,不允許作橫向擺動(dòng),多層焊時(shí)層間溫度不能過高,應(yīng)冷至60℃以下清渣后再繼續(xù)焊接。層間接頭應(yīng)錯(cuò)開,收弧一定要填滿。必要時(shí)采用強(qiáng)制焊區(qū)快速冷卻,最適用的方法是一邊施焊一邊用水冷卻焊縫,以水不浸入焊接熔池為準(zhǔn)。有條件的也可在焊縫背面通水、通惰性氣體,既可加速冷卻,又保護(hù)焊縫。總之,采取有效措施減少焊接時(shí)的熱量輸入,并快速冷卻,使焊件在危險(xiǎn)溫度區(qū)間停留時(shí)間最短,以降低不銹鋼焊接件晶間腐蝕傾向。
5、焊接環(huán)境控制
焊接奧氏體不銹鋼的場(chǎng)地應(yīng)清潔,以免由于環(huán)境中的油、銹或風(fēng)等不利因素影響了焊接接頭的強(qiáng)度和耐蝕性能。
六、結(jié)束語
在不銹鋼焊接構(gòu)件過程中，只有對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行控制，降低碳化物的沉淀析出，才能防止不銹鋼晶界腐蝕，提高構(gòu)建質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞：復(fù)合鋼板，Q345R＋316L，焊接
中圖分類號(hào)：P755.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1、焊接性分析
Q345R＋316L不銹鋼復(fù)合鋼板的結(jié)構(gòu)形式見圖一，基層為Q345R，屬碳錳低合金鋼，其焊接工藝較簡(jiǎn)單；復(fù)層為316L，屬奧氏體不銹鋼。Q345R＋316L的焊接工藝難點(diǎn)是Q345R和316L過渡層和316L不銹鋼的焊接。
圖一不銹鋼復(fù)合鋼板焊縫的結(jié)構(gòu)
316L不銹鋼焊接時(shí)，易發(fā)生HAZ敏化區(qū)晶間腐蝕，對(duì)于316L，發(fā)生敏化區(qū)間并非在平衡加熱時(shí)的450—85O℃，而是有一個(gè)過熱度，可達(dá)600－1000℃。因?yàn)楹附舆^程是一個(gè)快速加熱和冷卻的過程，而鉻碳化合物沉淀是一個(gè)擴(kuò)散過程，為足夠擴(kuò)散需要一定的“過熱度”，其焊接工藝應(yīng)采用快速過程。以減少處于敏化區(qū)加熱的時(shí)間。所以焊接過渡層應(yīng)用小熱輸入、反極性、直線運(yùn)條和多層多道焊。
316L的導(dǎo)熱系數(shù)小．線膨脹系數(shù)大，熱量不易散失，很容易形成所需尺寸的熔地，而旦在自由狀態(tài)下，易產(chǎn)生較大的焊接變形。因此，在焊接復(fù)層316L時(shí)，應(yīng)采用小電流、快速焊、窄焊道的多層多道焊接，要控制道間溫度在6O℃以下。
2 制造工藝
2.1 下料劃線：禁止在復(fù)層表面上切割線內(nèi)用針劃線打樣沖眼，不得用墨汁、油漆涂寫，盡量避免鐵器碰傷劃傷表面。
2.2 切割：試樣材料厚度為 14mm＋3mm，采用切割機(jī)進(jìn)行切割時(shí)復(fù)層朝下，從基層側(cè)開始切割并嚴(yán)禁熔渣濺到復(fù)層表面。切割前留有加工余量，切割后用刨邊機(jī)把切割的熱影響區(qū)刨掉。坡口也采用刨邊機(jī)進(jìn)行加工，加工后的坡口要進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，不得有裂紋和分層，否則要進(jìn)行修補(bǔ)。
2.3 組對(duì)：組對(duì)前坡口兩側(cè)各 2O mm 內(nèi)外表面要用不銹鋼絲刷清理，復(fù)層距坡口 100 mm 范圍內(nèi)要涂防飛濺材料。組對(duì)時(shí)應(yīng)以復(fù)層為標(biāo)準(zhǔn)，保證對(duì)口錯(cuò)邊量≤1mm，間隙 l～2 mm 。
3、焊接工藝
3.1 焊材及焊接方法：基層外面一層采用埋弧焊，其他層采用焊條電弧焊焊接。根據(jù)不同的焊接位置，選用不同的焊接材料。焊接 Q345R時(shí)選用Φ3.2 mm，Φ4.0 mm 的 E5O15，過渡層的焊接選用Φ3.2 mm 的A042，復(fù)層焊接選用Φ3.2 mm 的 A022焊條，埋弧焊選用Φ4.O mm 的 H08MnSi焊絲。
3.2 坡口形式及尺寸見圖二，焊接工藝參數(shù)見表1。
圖二：坡口形式及尺寸
表1：焊接工藝參數(shù)表
3.3焊接要點(diǎn):
（l）焊基層第1層時(shí)須特別注意不得將低合金金屬沉積到復(fù)層上。
（2）基層或過渡層焊后經(jīng)射線探傷合格后才能開始過渡層或復(fù)層的焊接。
（3）焊復(fù)層前必須清除坡口邊緣復(fù)層坡口上的飛濺物。
（4）過渡層的熔敷金屬必須完全蓋滿鋼層b＝1－2mm，并蓋過不銹鋼與碳鋼交界面 a＝O.5—1.5 mm，見圖一。
（5）過渡層第1遍焊接要采用小參數(shù)、反極性、直道多道焊，以降低對(duì)復(fù)層的稀釋。
（6）復(fù)層焊接過程中為保證焊接質(zhì)量要用小直徑焊條進(jìn)行多道焊，對(duì)焊層的堆焊高度要控制到最小，不超過1－8 mm 。
（7）復(fù)層焊接時(shí)，必須徹底清除過渡層熔渣及其它表面附著物，道間溫度控制在6O℃以下，并用MT檢查無缺陷時(shí)，方可焊接下一層。
（8）焊接時(shí)應(yīng)注意引弧和熄弧的質(zhì)量，收弧應(yīng)將弧坑填滿，多層焊時(shí)的層間接頭應(yīng)錯(cuò)開。
4、表面處理及檢驗(yàn)
復(fù)層表面劃傷深度在0.2-0.5 mm 時(shí)必須修磨，>0.5 mm 時(shí)須補(bǔ)焊。每焊完一道焊縫，特別是復(fù)層和過渡層，必須按要求進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，必須進(jìn)行返修。
5、工藝評(píng)定及產(chǎn)品焊接試板
按上述工藝制作了焊接工藝評(píng)定試板，試板尺寸為 600mm ×300 mm ×（14 mm + 3 mm ）。焊縫經(jīng)過外觀及X射線探傷檢查，全部合格，其彎曲、沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性能均達(dá)到要求。
按上述確定的工藝參數(shù)焊接不銹鋼復(fù)合鋼容器，經(jīng)過無損檢測(cè)，一次合格率為 96.93％，焊接質(zhì)量良好。
6、結(jié)語
通過焊接工藝評(píng)定及產(chǎn)品焊接，證實(shí)Q345R＋316L不銹鋼復(fù)合鋼板制造、焊接工藝合理，可在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。
作者簡(jiǎn)介：
姓名：郭建波
籍貫：遼寧盤錦
出生日期：1980-01-11
學(xué)歷：工程碩士
1、設(shè)備好機(jī)器合理的調(diào)節(jié)，一般鋁焊接用交流氬弧焊，不銹鋼用直流氬弧焊。
2、氣體流量調(diào)節(jié)好，氣體流量調(diào)節(jié)好。
3、參數(shù)調(diào)節(jié)，以能夠打開熔池為好，及焊接的時(shí)候添絲速度可以趕上母體熔池形成速度。
4、扣槍第一槍看清熔池，往熔池里面添加焊絲。
（來源：文章屋網(wǎng) ）
【關(guān)鍵詞】不銹鋼工藝；現(xiàn)狀；進(jìn)展
0.前言
眾所周知，我國的各種技術(shù)在改革開放以后得到了很大的進(jìn)步，不銹鋼也不例外，他的需求以超乎人們想象的速度高速發(fā)展。它不僅僅在家居方面發(fā)揮著重大的作用，同樣發(fā)揮作用的還有船舶方面，可是對(duì)于不銹鋼而言不可忽視的問題就是他的焊接問題，因?yàn)樗暮附訂栴}直接涉及到他的使用情況，本文對(duì)于不銹鋼的焊接情況也將作出一定程度的介紹。
1.幾種不銹鋼的簡(jiǎn)介與特點(diǎn)
1.1關(guān)于奧氏體不銹鋼
奧氏體不銹鋼是幾種不銹鋼的合稱，其中高鉻鎳鋼及高鉻錳氮鋼均屬此類，奧氏不銹鋼是所有種類的不銹鋼中應(yīng)用比較廣泛的一種 同時(shí)也占據(jù)著比較重要的地位。他在我國很多重大的工程例如石油方面有著比較重要的應(yīng)用，這主要是因?yàn)閵W氏不銹鋼在各個(gè)方面的穩(wěn)定性都是比較突出的，加之在耐腐蝕性以及加工性能方面的優(yōu)良表現(xiàn)使得奧氏不銹鋼得到很多領(lǐng)域的青睞。當(dāng)然，即使再優(yōu)良的材料也存在一定的缺點(diǎn)，奧氏不銹鋼存在的缺陷就是接頭的刀狀腐蝕和應(yīng)力腐蝕開裂， 以及含鎳較高的單相奧氏體鋼接頭熱裂問題， 有時(shí)也會(huì)有接頭熱強(qiáng)性和再熱裂紋問題。首先我們介紹一下在奧氏不銹鋼的熱裂紋的現(xiàn)象。通過多年的經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)一種不銹鋼的裂紋出現(xiàn)的程度與不銹鋼中存在的鎳的多少有關(guān)，并且隨著鎳的增多，裂紋的情況也會(huì)更加明顯。而相對(duì)應(yīng)的結(jié)晶（凝固）裂紋是在凝固后期產(chǎn)生的。奧氏體不銹鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，使得焊縫在結(jié)晶過程中產(chǎn)生較大的收縮變形和拉伸應(yīng)力，在凝固期間存在較大拉應(yīng)力是產(chǎn)生凝固裂紋的必要條件。接下來涉及的還有奧氏不銹鋼的耐腐蝕性。不銹鋼的出現(xiàn)是因?yàn)槲覀兤綍r(shí)所應(yīng)用的鋼鐵耐腐蝕性太差才應(yīng)運(yùn)而生的，即使不銹鋼的耐腐蝕性得到了很大程度的提高，但是他依然存在這這方面的問題。我們通常所說的腐蝕包括三個(gè)方面的腐蝕為晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕和孔蝕。其中晶間腐蝕我們采取的辦法是減少碳的存在，碳含量的減少大大減少晶間腐蝕，而應(yīng)力腐蝕則與各種力的作用和種種化合物的作用有關(guān)，孔蝕則是非金屬的作用產(chǎn)生的。
1.2關(guān)于馬氏體不銹鋼
以鉻的同位素鉻12鉻13為主的不銹鋼是馬氏體不銹鋼的主要組成。不可否認(rèn)的是，馬氏體不銹鋼同樣存在著一些不如人意的地方。馬氏體不銹鋼主要存在的問題在接頭方面，是接頭的冷裂與脆化的問題。馬氏體含有較高的奧氏體形成元素碳。這類鋼中高溫下存在的奧氏體在通常不太慢的冷卻條件下會(huì)發(fā)生奧氏體到馬氏體的轉(zhuǎn)變， 屬于淬硬組織的鋼種。不銹鋼在使用的時(shí)候必須接受的一種方式變化便是焊接，由于溫度的影響，在完成焊接以后，馬氏體不銹鋼會(huì)變得比較堅(jiān)硬，我們通過日常的知識(shí)可以得出，如果，變成堅(jiān)硬的固體經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)裂紋，并且，以前使用的經(jīng)驗(yàn)也說明，這種裂紋與碳的含量息息相關(guān)，碳的含量越多，出現(xiàn)的裂紋就會(huì)越大。在焊接的時(shí)候會(huì)面臨著冷卻的階段，這也是出現(xiàn)問題比較多的一個(gè)階段，如果冷卻的速度比較慢的話，會(huì)出現(xiàn)較大的一些晶粒，柔韌性會(huì)受到一定的影響，但是與此相反的，如果冷卻的速度過大的話，同樣會(huì)對(duì)柔韌性產(chǎn)生比較大的影響，所以這就對(duì)于技術(shù)人員提出比較高的要求。
2.關(guān)于不銹鋼的工藝特點(diǎn)以及不足
2.1關(guān)于奧氏不銹鋼的工藝特點(diǎn)以及存在的不足
關(guān)于在焊接方面的問題仍然是我們不得不提的一個(gè)問題，但是前面我們提過奧氏不銹鋼是應(yīng)用比較廣泛的一種不銹鋼，也就是說他在某些方面有著其他的不銹鋼無法比擬的特點(diǎn)。奧氏不銹鋼的焊接技術(shù)還是比較成熟的，經(jīng)過多年的發(fā)展，只要我們應(yīng)用比較合理的方法，就可以避免我們一直無法解決的問題。奧氏不銹鋼對(duì)于焊接技術(shù)的要求并不是十分的苛刻。其中在焊接的方法方面使用最多的是焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊， 以機(jī)械化快速焊為好。即使奧氏不銹鋼在焊接方面的應(yīng)用比較多，但是仍然有幾個(gè)方面的問題是不可忽視的。為了防止在焊接的過程中出現(xiàn)一些裂紋，影響奧氏不銹鋼的使用的性能，我們一般盡可能地采取U型與X型的坡口，這種焊接的形狀應(yīng)該時(shí)刻注意。在進(jìn)行焊接的時(shí)候，應(yīng)該采取一定的措施進(jìn)行固定，不銹鋼越薄就越應(yīng)該采取固定措施，不然就會(huì)出現(xiàn)角焊接的現(xiàn)象，焊接的順序同樣是我們不可忽視的問題，在多年的摸索過程中我們發(fā)現(xiàn)，先中間后兩頭，或者分段進(jìn)行焊接的方式，能夠讓不銹鋼發(fā)揮最大的效力。在進(jìn)行焊接的時(shí)候由于焊絲的電阻率大、導(dǎo)熱系數(shù)小， 所以熔化系數(shù)大， 焊絲伸出長(zhǎng)度要短一些。 盡量采用短弧焊并不做擺動(dòng)， 以防止合金元素不必要的燒損。在焊接的時(shí)候我們應(yīng)該控制好氣體的作用，這樣可以避免氣孔的產(chǎn)生。同樣的奧氏不銹鋼在焊接的時(shí)候，我們應(yīng)該注意采用比較小的電流進(jìn)行焊接，因?yàn)閵W氏不銹鋼比較容易熔化，在進(jìn)行焊接的時(shí)候我們也不用采取預(yù)熱，但是如果奧氏不銹鋼中鐵素比較少或者根本不存在的時(shí)候預(yù)熱就必不可少了，在焊接過后，我們也要采取一定的護(hù)理。常規(guī)碳含量不銹鋼結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行固溶處理；含穩(wěn)定化元素的和超低碳的不銹鋼結(jié)構(gòu)需進(jìn)行穩(wěn)定化和消除應(yīng)力熱處理。
2.2關(guān)于馬氏體不銹鋼的工藝特點(diǎn)以及不足
不得不承認(rèn)，馬氏體不銹鋼在焊接方面的不足還是比較多的。前面我們提到，在焊接的過程中會(huì)出現(xiàn)一定奧氏體轉(zhuǎn)向馬氏體的趨向，最重要的在轉(zhuǎn)變的過程中，體積也會(huì)發(fā)生一定帶個(gè)變化，會(huì)使性能也隨之改變，并且會(huì)出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的淬硬傾向。母材含碳量越高， 淬硬傾向就越大。并且在焊接的焊縫中各種應(yīng)力的作用也會(huì)出現(xiàn)各種裂紋，所以在焊接馬氏體不銹鋼中，我們總結(jié)了一些比較可行的方式來避免這些不足。控制焊縫金屬的化學(xué)成分。焊縫金屬的化學(xué)成分主要取決于焊接材料， 最好是用與母材金屬成分相同或相接近的焊接材料。在這個(gè)過程部分區(qū)域會(huì)出現(xiàn)硬化的現(xiàn)象，需要將硫，磷以及硅的含量控制在一定的范圍之內(nèi)，并且與此同時(shí)，添加一些鋁，氮更好的控制硬化的現(xiàn)象，但是在裂縫里添加了這么多的外來的物質(zhì)，與原先的不銹鋼在很多元素的組成方面有了區(qū)別，如果存在著比較大的差異的話會(huì)弄巧成拙。在奧氏不銹鋼中我們提到不需要預(yù)熱，與奧氏不銹鋼相反馬氏體不銹鋼的預(yù)熱是不可或缺的一個(gè)程序，材料越容易出現(xiàn)硬化的現(xiàn)象在預(yù)熱的時(shí)候我們就應(yīng)該采取越高的溫度，在焊接完成之后的處理同樣是比較重要的，焊接后的處理得到最大的改善的是柔韌性。
3.結(jié)語
關(guān)于不銹鋼消費(fèi)逐年增加的現(xiàn)象從另一個(gè)側(cè)面反映出了我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于生活質(zhì)量的要求不斷地提高，對(duì)于不銹鋼的要求也不斷提高。目前我國在不銹鋼方面仍然存在著一些不足，我們要做的是不斷地改善不銹鋼的品質(zhì)滿足人們的要求。不斷地培養(yǎng)起一批這方面的專業(yè)人才，提高他們的素質(zhì)，為我國的不銹鋼產(chǎn)業(yè)做出貢獻(xiàn)。而且，不可忽視的是我國的發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國家仍然存在著一定的差距，我們應(yīng)該努力縮小這種差距，達(dá)到國際先進(jìn)水平。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]林企曾，李成.迅速發(fā)展的中國不銹鋼工業(yè)[J].鋼鐵，2006，41（12）：1.
關(guān)鍵詞： 鐵素體不銹鋼；焊接工藝；接頭性能；模擬計(jì)算
中圖分類號(hào)： TG406
Abstract： The situation and development of welding of ferrite stainless steel is discussed in detail， generally speaking， the ferrite stainless steels are always subjected to excessive grain growth in the fusion zone and heat affected zone， which would cause a deleterious effect on the mechanical and corrosion resistance properties of the steels. Laser beam welding， hybrid welding， pulsed arc welding and friction stir welding are used to obtain joints with better properties. And control of heat input， raising cooling rate， adding stabilization elements，electro magnetic stirring and ultrasonic vibration are used to get fine grain. In recent year， simulation and calculation are also used to study the welding of ferrite stainless steels.
Key words： ferrite stainless steel； welding process； properties of joints； simulation and calculation
0 前言
隨著工業(yè)技術(shù)的日益發(fā)展，不銹鋼的使用量不斷增大。近年來，由于稀有金屬鎳、鉬、釩等價(jià)格大幅上
漲[1]，奧氏體不銹鋼的應(yīng)用和發(fā)展面臨成本問題，并且奧氏體不銹鋼焊接接頭易出現(xiàn)晶間腐蝕、縫隙腐蝕和點(diǎn)蝕等問題。鐵素體不銹鋼（Ferrite Stainless Steel，簡(jiǎn)稱FSS）是一種不含Ni的不銹鋼，具有優(yōu)良的耐高溫氧化和氯化物腐蝕的性能[2，3]，與奧氏體不銹鋼相比，其成本低，線膨脹系數(shù)小，熱疲勞性能好[4]，可在多種腐蝕介質(zhì)環(huán)境下替代304不銹鋼，廣泛應(yīng)用在石油設(shè)備、汽車，采礦、鐵路及化工行業(yè)[5-7]。近些年來，鐵素體不銹鋼的使用量已占到不銹鋼的30%[8]。而我國作為世界上最大的不銹鋼消費(fèi)國，如果能夠更好地應(yīng)用和發(fā)展成本低廉、性能優(yōu)良的鐵素體不銹鋼，必然會(huì)產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
最基本的低Cr鐵素體不銹鋼為00Cr12，但其抗高溫氧化性能較差，容易產(chǎn)生晶間腐蝕。可以通過增加Cr的含量，來提高不銹鋼的腐蝕電位，但是必須控制C和N的含量，同時(shí)添加穩(wěn)定元素Nb和Ti來穩(wěn)定鐵素體和防止晶間貧Cr，在鐵素體不銹鋼中添加Mo可以提高抗高溫氧化性能。國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展出多種牌號(hào)的FSS，典型牌號(hào)有AISI410、 433、 444[4，6]，中國生產(chǎn)的TCS345，Sandvik生產(chǎn)的5Cr12Ti和JFR生產(chǎn)的410RW等[9]。
隨著FSS應(yīng)用的增多，其焊接問題日益突出，主要是由于焊接熱循環(huán)導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)塑性、韌性、疲勞和耐熱耐蝕性能下降[10]，因此，對(duì)焊接工藝及其對(duì)接頭組織影響進(jìn)行研究，進(jìn)而提高接頭性能，具有重要意義。
1 鐵素體不銹鋼的焊接性分析
FSS在室溫下為純鐵素體組織，AISI410S鋼的原始組織如圖1所示[5]。鐵素體熱膨脹系數(shù)小，且S、P在鐵素體中溶解度較大[11]，不易在晶間形成低熔點(diǎn)共晶，所以焊接過程中接頭一般不會(huì)出現(xiàn)熱裂紋和冷裂紋。但是通常來說，鐵素體不銹鋼比奧氏體不銹鋼的焊接性要差，接頭一般會(huì)出現(xiàn)以下幾個(gè)問題。
1.1 塑性和韌性下降
焊縫冷卻過程不發(fā)生固態(tài)相變，極容易產(chǎn)生粗大的柱狀晶。熱影響區(qū)受到單純的熱過程，晶粒尺寸有明顯長(zhǎng)大的傾向。特別是加熱到950 ℃以上，晶粒甚至可以長(zhǎng)大0級(jí)[12]。晶粒粗化后，接頭塑性和韌性顯著下降，耐蝕性能也隨之降低。HAZ出現(xiàn)晶粒粗大以后，不能通過熱處理消除。
1.2 晶間腐蝕
當(dāng)焊接溫度高于950℃后冷卻過程中，晶界容易沉淀出Cr的碳化物和氮化物，由于Cr的擴(kuò)散速度慢，造成晶界上出現(xiàn)貧Cr區(qū)，在腐蝕環(huán)境中易出現(xiàn)晶間腐蝕。為了消除晶間腐蝕，需要在650～800℃進(jìn)行短時(shí)間保溫，或者緩慢冷卻，使Cr充分?jǐn)U散[13]。其次，要控制C和N的含量，并且加入優(yōu)先與C和N化合的Ti和Nb元素，避免貧Cr區(qū)的形成。
1.3 接頭脆化
FSS接頭會(huì)出現(xiàn)多種脆化現(xiàn)象。首先是σ相脆化，σ相是FeCr金屬間化合物[14]，一般當(dāng)Cr含量大于20%時(shí)，會(huì)產(chǎn)生σ相，一些鐵素體不銹鋼中存在Mo，會(huì)促使在較低Cr含量下形成σ相，σ相大多分布在晶界，顯著降低接頭韌性。其次是475℃脆性，Cr含量大于15%的鐵素體不銹鋼在400～500℃長(zhǎng)期加熱，會(huì)因?yàn)殍F素體調(diào)幅分解產(chǎn)生富Cr的α'相，造成接頭脆化。此外，Mo能促進(jìn)脆硬χ相的析出，其組成為Fe36Cr12Mo10，還可能析出脆硬的Laves[15]相，Mo、Ti、Nb都容易形成Laves相，成分為（Fe， Ni， Cr）2Nb。
2 鐵素體不銹鋼焊接工藝的進(jìn)展
2.1 焊接材料的選擇
在焊接FSS時(shí)，填充材料主要有兩種，一是同質(zhì)的鐵素體，如0Cr13。Mukherjee[7]認(rèn)為，使用鐵素體型焊絲焊接FSS，由于焊縫和熱影響區(qū)晶粒粗大，接頭塑韌性和耐蝕性差，所以用同質(zhì)鐵素體焊絲一般難以得到滿意的接頭。
現(xiàn)在普遍采用奧氏體型焊絲焊接FSS，焊縫中可以生成部分低碳馬氏體，阻礙晶粒長(zhǎng)大，并且低碳馬氏體具有良好的韌性，使接頭韌性和強(qiáng)度提高。Mukherjee[7]使用308L和316L奧氏體不銹鋼焊絲焊接FSS，發(fā)現(xiàn)由于308L有更高的Creq/Nieq，馬氏體形成溫度較低，焊縫馬氏體含量高，在熱輸入為0.6kJ/mm時(shí)，接頭的沖擊韌性超過母材。[16]用ER308L焊接超低碳、氮的12 %Cr鐵素體不銹鋼，在HAZ粗晶區(qū)形成板條狀的低碳馬氏體，抑制了晶粒的長(zhǎng)大。但是使用奧氏體型焊接材料，由于母材和焊縫熱膨脹系數(shù)不同，會(huì)導(dǎo)致接頭抗氧化和熱疲勞性能差[4]。
2.2 焊接工藝的進(jìn)展
對(duì)于鐵素體不銹鋼，基本上所有的焊接方法均可用。但是需要控制熱輸入，采用合適的冷卻方式，以避免熱過程造成晶粒粗大。一些新型的焊接方法被越來越多地用在鐵素體不銹鋼的焊接上，如激光焊，脈沖電弧焊，復(fù)合熱源焊接，攪拌摩擦焊等。
手工電弧焊接熱輸入較大，一般不推薦用來焊接鐵素體不銹鋼，Silva[5]使用手工電弧焊焊接410鐵素體不銹鋼，焊縫和HAZ區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，塑性和耐蝕性下降。Amuda[8]發(fā)現(xiàn)對(duì)430FSS薄板，雖然保證了較低的熱輸入，但是晶粒還是長(zhǎng)大5～8倍，損失近58%的塑性。Mohandas[10]對(duì)比了GTAW和SMAW焊接430鐵素體不銹鋼組織和性能的差異，發(fā)現(xiàn)由于焊縫區(qū)生成了等軸晶，GTAW接頭的強(qiáng)度和塑性更好。
激光焊接能量密度高，熱輸入小，接頭焊縫和熱影響區(qū)窄，同時(shí)，焊后冷卻速度高，適合用來焊接鐵素體不銹鋼，張紅霞[17]采用鎢極氬弧焊、脈沖鎢極氬弧焊和脈沖激光焊三種焊接方法進(jìn)行焊接433鐵素體不銹鋼，發(fā)現(xiàn)大的熱輸入會(huì)導(dǎo)致焊接接頭的粗晶組織與性能脆化等問題，采用脈沖激光焊接方法可以細(xì)化組織，有效提高接頭的綜合性能。Kaul等人[18]研究了激光焊和TIG焊工藝對(duì)17%Cr鐵素體不銹鋼焊接接頭組織及性能的影響，發(fā)現(xiàn)與激光焊相比，TIG焊使焊縫和熱影響區(qū)的晶粒粗化嚴(yán)重，降低了接頭的塑性。Lakshminarayanan[19]也使用激光焊接409M鐵素體不銹鋼，發(fā)現(xiàn)由于冷卻速度快，粗大的鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小等軸晶，接頭強(qiáng)度提高31%，沖擊韌性也比母材提高3%。
將多個(gè)熱源復(fù)合在一起，可以提高焊接效率并減小熱輸入。Taban[20]使用PAW+GTA復(fù)合熱源焊接了12%Cr，使用奧氏體309L和316L焊絲，獲得了性能良好的接頭。王旭友[21]用激光+MAG復(fù)合熱源焊接了T4003和TCS鐵素體不銹鋼，焊接效率與常規(guī)電弧焊相比可以提高1倍以上，接頭熱影響區(qū)粗晶區(qū)變窄，接頭的低溫沖擊韌性可以提高50%以上。
攪拌摩擦焊是一種高效固相連接技術(shù)，由于焊接過程中母材處于固態(tài)，避免了不利的冶金反應(yīng)，同時(shí)焊核區(qū)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，使晶粒細(xì)化，熱影響區(qū)晶粒也不發(fā)生明顯長(zhǎng)大，因此攪拌摩擦焊適宜用來焊接FSS。Lakshminarayanan[22] 使用攪拌摩擦焊的方法焊接
409FSS，由于攪拌摩擦焊使母材發(fā)生劇烈塑性變形，母材晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小鐵素體+馬氏體雙相組織，力學(xué)性能提高。Cho[23]使用立方氮化硼攪拌頭焊接409FSS，得到了高質(zhì)量、無缺陷的的接頭，焊核區(qū)晶粒細(xì)化。Ahn[24]用Si3N4攪拌頭攪拌摩擦焊接409LFSS，轉(zhuǎn)速
700 rpm，焊接速度60 mm/min，焊核區(qū)為等軸鐵素體，接頭的力學(xué)性能、耐晶間腐蝕、耐點(diǎn)蝕性能與母材相同。可見，F(xiàn)SW焊接FSS可以得到高質(zhì)量的接頭，但由于FSS與輕質(zhì)合金相比，強(qiáng)度和硬度均比較高，焊接時(shí)均采用脆硬的陶瓷作為攪拌頭，所以焊接過程中攪拌頭的損耗率可能會(huì)比較高。
3 焊接接頭的性能研究進(jìn)展
由于焊接過程對(duì)FSS的影響以及考慮FSS的服役條件，F(xiàn)SS焊接接頭的塑韌性、耐熱疲勞性能及耐蝕性能最受關(guān)注，通過各種途徑可以提高接頭的這些性能。
3.1 塑性和韌性
焊接熱過程使焊縫和HAZ區(qū)晶粒長(zhǎng)大，接頭的塑韌性嚴(yán)重下降，提高塑性和韌性的關(guān)鍵是限制晶粒的長(zhǎng)大，可采用以下方法。
3.1.1 提高冷卻速度
由于HAZ經(jīng)歷的是單純的熱過程，所以提高冷卻速度可以防止晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大。楊文平[3]用ER309L作為填充材料，焊接FSS，采用隨焊水冷強(qiáng)制冷卻，縮短了接頭的高溫停留時(shí)間，提高了冷卻速度，遏制了晶粒的長(zhǎng)大，接頭沖擊韌性較自然冷卻的接頭提高約55%。Amuda[8]使用液氮強(qiáng)制冷卻接頭，焊縫尺寸減小35%，產(chǎn)生細(xì)小等軸晶，晶粒尺寸受液氮流速的影響，當(dāng)流速為0.0013 L/min時(shí)，晶粒尺寸比母材減小45%。
3.1.2 添加沉淀相形成元素
Villafuerte[25]使用GTAW方法焊接FSS，發(fā)現(xiàn)鐵素體會(huì)在TiN上異質(zhì)形核，形成等軸晶，單獨(dú)加Ti并不能起到這樣的作用。Gurram[6]發(fā)現(xiàn)添加Al元素后，析出的Al4C3和Al2O3可以使焊縫晶粒細(xì)化。Villaret[2]發(fā)現(xiàn)焊絲中Ti含量提高時(shí)，焊縫柱狀晶變?yōu)榧?xì)小等軸晶，塑性提高。同時(shí)加入較高含量的Ti、Nb，經(jīng)過合適的熱處理，能夠獲得較高的強(qiáng)度和塑性。
3.1.3 電磁攪拌
Gurram[6]提到有學(xué)者采用交流GTAW焊接FSS時(shí)，交變電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)對(duì)熔池的攪拌作用，可以起到細(xì)化焊縫晶粒的作用。Mridha[26]使用交變電流GTAW焊接FSS，產(chǎn)生的電磁攪拌作用能夠打碎枝晶，細(xì)化晶粒，焊縫中產(chǎn)生較多的細(xì)小等軸晶，接頭力學(xué)性能為母材的65%。
3.1.4 超聲振動(dòng)
超聲振動(dòng)也能起到與電磁攪拌類似的作用，Watanabe[27]通過焊絲向熔池導(dǎo)入超聲，超聲振動(dòng)使焊縫中部產(chǎn)生部分等軸晶，隨著焊速增加，等軸晶比例提高，接頭強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率提高，伸長(zhǎng)率可提高40%，焊接示意圖如圖2所示。
3.2 熱疲勞性能
由于FSS的應(yīng)用環(huán)境，經(jīng)常要關(guān)注其熱疲勞和高溫力學(xué)性能，Oh[28]研究了Nb、W、V合金元素對(duì)鐵素體不銹鋼HAZ熱疲勞性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)接頭在200～900℃的熱疲勞壽命不僅與粗大碳化物相和Laves相有關(guān)，同時(shí)也與固溶體中Nb的含量和晶粒大小有關(guān)。Han[29]關(guān)注了HAZ組織對(duì)18Cr熱疲勞性能的影響，發(fā)現(xiàn)由于Nb的溶解，粗大MC和Laves相的析出以及晶粒的長(zhǎng)大，都會(huì)造成接頭熱疲勞性能的下降。
3.3 耐腐蝕性能
田勁松[30]研究了409L和410L接頭的耐晶間腐蝕的性能，發(fā)現(xiàn)409L由于C、N含量較低且含穩(wěn)定化元素Ti，接頭無晶間腐蝕傾向，而410L接頭由于析出了富Cr的碳化物和氮化物而形成局部貧鉻區(qū)。張勇[31]用ER309焊絲，氣體保護(hù)焊接四種不同的FSS，在 1 mol/L的NaCl溶液中，四種接頭與母材耐電化學(xué)腐蝕性能無明顯差異，而在 1 mol/L的 Na2SO4溶液中，TCS345和JFE410RW不銹鋼接頭的腐蝕性能優(yōu)于T4003和Nirosta4003。
4 模擬計(jì)算在FSS焊接中的應(yīng)用
使用模擬計(jì)算可以節(jié)省試驗(yàn)成本，模擬一些試驗(yàn)中無法觀察的演變過程，并能夠通過合理的模擬計(jì)算來優(yōu)化工藝參數(shù)。莫春立[32]提出了一種用Monte-Carlo模擬鐵素體不銹鋼接頭HAZ晶粒長(zhǎng)大行為的方法，應(yīng)用有限元方法計(jì)算出焊接熱循環(huán)，并且結(jié)合晶粒長(zhǎng)大的Arrhenius公式，結(jié)果顯示，M-C模擬可以很好地反映HAZ晶粒生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)過程。成功預(yù)測(cè)了HAZ中晶粒的分布，并提出，當(dāng)HAZ中存在很陡的溫度梯度時(shí)，可以一定程度抑制晶粒長(zhǎng)大。Zhang[33]用Monte-Carlo的方法模擬了激光+脈沖GMAW焊接鐵素體不銹鋼HAZ晶粒的長(zhǎng)大行為，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量吻合，發(fā)現(xiàn)熔合線附近的晶粒與母材相比長(zhǎng)大了10～18倍，焊趾附近的晶粒尺寸更大。
5 結(jié)論
（1）鐵素體不銹鋼由于成本低廉，性能優(yōu)良，有廣闊的應(yīng)用前景，其焊接面臨的最大問題是焊接熱循環(huán)導(dǎo)致焊縫和HAZ區(qū)晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，造成接頭性能下降。
（2）奧氏體型焊接材料適宜用來焊接FSS，幾乎所有的方法都可以用來焊接FSS，但必須嚴(yán)格控制熱輸入，激光焊、復(fù)合熱源焊接、脈沖電弧焊及攪拌摩擦焊等方法熱輸入低、焊接效率高，能夠獲得優(yōu)質(zhì)的接頭。
（3）通過提高冷卻速度、添加穩(wěn)定元素、電磁攪拌或超聲振動(dòng)能夠細(xì)化晶粒，提高接頭性能。接頭韌性、熱疲勞性能和耐腐蝕性能是其應(yīng)用的關(guān)鍵。
（4）近些年來，模擬計(jì)算也被用到鐵素體不銹鋼焊接的研究當(dāng)中，模擬結(jié)果能夠很好地吻合試驗(yàn)結(jié)果。
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關(guān)鍵詞：不銹鋼薄板；異形構(gòu)件；焊接變形；焊接工裝
中圖分類號(hào)：TG404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
國內(nèi)某核電設(shè)備上一組件中的構(gòu)件采用3mm厚ASTM TP304不銹鋼薄板拼焊而成。該構(gòu)件焊接結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，既有連續(xù)坡口焊縫又有斷續(xù)角焊縫，涉及到多個(gè)零件之間組對(duì)和裝配。該構(gòu)件是一種異形構(gòu)件，難以采用諸如反變形方法來抵消焊后的變形，使得焊接變形控制起來難度更大，且一旦變形，矯形非常困難。
目前對(duì)焊接應(yīng)力變形的控制以及焊后應(yīng)力消除甚至低應(yīng)力無變形研究較多，比如預(yù)拉伸法、靜動(dòng)態(tài)溫差拉伸法、隨焊錘擊法、隨焊沖擊碾壓法、隨焊旋轉(zhuǎn)擠壓法和振動(dòng)法等，這些方法能在一定程度上減小應(yīng)力和變形，但是都不能夠解決本結(jié)構(gòu)的所有變形問題。因而，對(duì)該部件焊接變形進(jìn)行分析研究，確定可靠的焊接變形控制方法顯得尤為重要。
1 產(chǎn)品介紹
整個(gè)組件由8個(gè)構(gòu)件裝配而成（如圖1所示）。所有構(gòu)件均為不銹鋼薄板焊接結(jié)構(gòu)，零件尺寸公差多為±1.5mm，構(gòu)件間裝配間隙要求為1.6mm，構(gòu)件到中心組裝精度為0，+3.2mm，要想滿足這些要求，每個(gè)構(gòu)件的制造精度就需要更加精密。本文述及的異形構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式及典型焊接焊接節(jié)點(diǎn)如圖2所示，構(gòu)件高度為1420mm，是采用3mm厚A240 TP304L不銹鋼薄板制造。焊接接頭外側(cè)為坡口焊縫，內(nèi)側(cè)焊縫為斷續(xù)角焊縫。
2 變形趨勢(shì)分析
不銹鋼相對(duì)碳鋼導(dǎo)熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)變形較大，薄板的焊接變形就更為復(fù)雜。通過理論分析，構(gòu)成構(gòu)件主要結(jié)構(gòu)的角形結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生圖3所示的焊接變形，即焊縫縱向收縮引起的棱邊彎曲及棱邊長(zhǎng)度縮短；焊縫橫向收縮引起的α1和α2的改變，使得α1和α2減小或增大，且α1≠α2等。這些變形綜合反應(yīng)到構(gòu)件上，將使構(gòu)件的變形有諸多的不確定性。
3 焊接試驗(yàn)及結(jié)果分析
3.1 焊接方法的選擇
對(duì)于3.0mm奧氏體不銹鋼薄板的焊接，比較適合的焊接方法有鎢極氬弧焊、焊條電弧焊、等離子弧焊、激光焊、電子束焊等。綜合考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)要求、操作難易程度以及投資成本情況，確定選擇手工鎢極氬弧焊和焊條電弧焊。
3.2 小尺寸試件焊接
結(jié)語
4.1 不銹鋼熱系數(shù)小，線膨脹系數(shù)大，焊接時(shí)變形較大，對(duì)于精度要求高的薄板焊接件的焊接變形不采取有效的措施進(jìn)行控制難以保證尺寸精度。
4.2 采用適宜的焊接工裝，結(jié)合大間隔跳焊工藝可以將焊接變形控制在較小的范圍內(nèi)。
4.3 目前已采用上述方法成功地制造了8件產(chǎn)品，尺寸精度完全滿足設(shè)計(jì)要求。
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【關(guān)鍵詞】激光焊；應(yīng)力場(chǎng)；數(shù)值模擬
激光焊接時(shí)由于激光束的能力密度高，局部的快速加熱與冷卻，在焊接過程中和焊接冷卻后會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接殘余應(yīng)力和殘余變形。它不僅可使焊縫產(chǎn)生裂紋，降低強(qiáng)度和韌性，而且這些殘余應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加，使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度增加，影響焊接結(jié)構(gòu)的安全可靠性。因此為了保證結(jié)構(gòu)的安全使用，準(zhǔn)確的評(píng)估焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和變形已成為一個(gè)極為重要的研究課題。
激光焊接是不均勻的局部加熱，工件溫度變化范圍較大，要經(jīng)歷急速升溫和降溫的過程，是非靜態(tài)的。材料在高溫會(huì)發(fā)生相變，材料的機(jī)械性能和熱物理性能均隨溫度變化，是非線性的。所以激光焊接過程非常復(fù)雜，它包含相變、塑性和非線性等因素影響的熱彈塑性問題。只有借助與有限元法才能使這種復(fù)雜過程的數(shù)值分析與計(jì)算成為可能。
1 焊接應(yīng)力場(chǎng)的模型的建立
本文采用順序耦合方法進(jìn)行焊接應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬。將前一個(gè)分析的結(jié)果作為載荷施加到下一個(gè)分析中的方式進(jìn)行耦合。激光焊接應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分析是典型的熱-應(yīng)力順序耦合分析，先模擬出溫度場(chǎng)，再將熱分析中得到節(jié)點(diǎn)溫度作為“體載荷”施加到結(jié)構(gòu)分析中。
2 網(wǎng)格劃分
對(duì)激光焊應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算時(shí)，采用和溫度場(chǎng)模擬相同的網(wǎng)格。在溫度場(chǎng)的計(jì)算中，可將焊接過程看做是準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)的過程，在長(zhǎng)度方向可以取較短的一部分進(jìn)行計(jì)算，而在應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的計(jì)算中，模型尺寸的大小直接決定了焊接結(jié)構(gòu)的約束狀態(tài)，對(duì)應(yīng)力及應(yīng)變場(chǎng)的模擬結(jié)果影響很大。如果在應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算中采用和溫度場(chǎng)模擬中一樣的網(wǎng)格粗細(xì)大小，由于焊接長(zhǎng)度的增加，會(huì)使得應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算的時(shí)間大大加長(zhǎng)。如果采用較粗的網(wǎng)格，就會(huì)損失一定的溫度場(chǎng)計(jì)算的精度。因此，需要在計(jì)算精度與計(jì)算時(shí)間之間做出妥協(xié)。
模型使用映射網(wǎng)格，在計(jì)算應(yīng)力場(chǎng)之前，首先把間隙板中的單元全部殺死，然后在計(jì)算焊接過程的子步中，逐步激活間隙板中的熔融溫度以上的單元加入計(jì)算，以此來模擬激光焊接熔池的形成。這樣，疊接的兩塊工件之間只有焊縫處的單元才結(jié)合在一起。
3 材料的力學(xué)性能參數(shù)
需定義20鋼和304不銹鋼的彈性模量E、熱膨脹系數(shù)α、泊松比μ、屈服強(qiáng)度σs、熱膨脹系數(shù)，材料塑性選項(xiàng)選取等向強(qiáng)化屈服準(zhǔn)則。
4 初始條件和約束條件
設(shè)焊前母材的初始應(yīng)力為0，初始溫度設(shè)為環(huán)境溫度25℃。本模型中不承受外載荷力，體積力、重力均忽略不計(jì)，只考慮熱應(yīng)力的作用。讀入各節(jié)點(diǎn)的溫度值，即溫度場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果，進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算，時(shí)間步長(zhǎng)與溫度場(chǎng)計(jì)算時(shí)一樣，有利于溫度載荷的讀入和計(jì)算精度的提高。對(duì)焊接構(gòu)件自由度進(jìn)行約束，加載邊界條件要注意兩點(diǎn)：一是防止有限元計(jì)算過程中產(chǎn)生位移，二是不能嚴(yán)重阻礙焊接過程中應(yīng)力自由釋放和焊接結(jié)構(gòu)自由變形。
圖1為有限元模型的位移約束示意圖。在焊縫中心面E-F上施加對(duì)稱約束，對(duì)稱面約束指的是將該面的所有節(jié)點(diǎn)在平面外的移動(dòng)和平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)都被設(shè)置為零。即限制E-F面的節(jié)點(diǎn)在垂直該面（Z軸方向）的位移和繞其它兩個(gè)軸（X、Y軸方向）的旋轉(zhuǎn)，總之，該面的節(jié)點(diǎn)只能在XY軸方向做平移運(yùn)動(dòng)。在有限元模型的A-D邊施加Y方向位移約束，在A-B邊和C-D邊施加Z方向的位移約束。這樣，即防止了數(shù)值模擬中產(chǎn)生位移，又沒有嚴(yán)重阻礙焊接過程中應(yīng)力的自由釋放和焊接結(jié)構(gòu)的自由變形。
5 應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果及分析
以下結(jié)果均是在焊接工藝參數(shù)為I=350A，V=100mm/min，Δf=-1mm時(shí)計(jì)算出來的。平行于焊縫方向的殘余應(yīng)力稱為縱向焊接殘余應(yīng)力，記為σx，垂直于焊縫方向的殘余應(yīng)力稱為橫向焊接殘余應(yīng)力，記為σy，由于板的厚度很小，所以沿著厚度方向的殘余應(yīng)力較小，一般不作考慮。
圖2為焊后冷卻到259.88s之后的上表面等效殘余應(yīng)力云圖，在焊縫及其熱影響區(qū)附近，存在著較大的殘余應(yīng)力，為200-400MPa之間，個(gè)別區(qū)域大于400MPa，從焊縫中心向兩邊殘余應(yīng)力迅速降低。下表面在激光焊接的起始區(qū)域和結(jié)束區(qū)域，殘余應(yīng)力最大，存在著明顯的邊界效應(yīng)，特別是靠近焊接結(jié)束的地方，殘余應(yīng)力達(dá)到最大值，而終焊點(diǎn)的前端存在著一個(gè)低應(yīng)力區(qū)，如圖3。
焊接結(jié)束后，焊縫末端由于沒有熱量繼續(xù)施加，焊縫終了區(qū)域熔池中的液態(tài)金屬冷卻的速度比別處的要快很多，使此區(qū)域的溫度梯度很大，所以此區(qū)域的殘余應(yīng)力較其它區(qū)域要高，焊縫中最大的殘余應(yīng)力出現(xiàn)在此區(qū)域。
6 結(jié)論
焊縫及其熱影響區(qū)附近，存在著較大的殘余應(yīng)力，從焊縫中心向兩邊殘余應(yīng)力迅速降低。激光焊接的起始區(qū)域和結(jié)束區(qū)域，殘余應(yīng)力最大，存在著明顯的邊界效應(yīng)，特別是靠近焊接結(jié)束的地方，殘余應(yīng)力達(dá)到最大值，而終焊點(diǎn)的前端存在著一個(gè)低應(yīng)力區(qū)。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：不銹鋼 氬弧焊工藝 分析
中圖分類號(hào)：TG457.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）06（c）-0082-02
在電站鍋爐高壓給水（包括汽包、過熱蒸汽減溫水、高壓旁路減溫水）、EH油、頂軸油在在電站鍋爐高壓給水（包括汽包、過熱蒸汽減溫水、高壓旁路減溫水）、EH油、頂軸油取樣管采用1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni9無縫鋼管，尤其在φ16×3 mm～φ12×2 mm取樣管，由于管徑小、管壁薄，又要承受高溫高壓介質(zhì)輸送。因此必須制定科學(xué)規(guī)范的焊接工藝，否則將危及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為此，為了保證焊接質(zhì)量，對(duì)此類焊口的焊接工藝進(jìn)行分析、試驗(yàn)及運(yùn)用是十分必要的。
在我公司#7機(jī)組A級(jí)檢修中，對(duì)熱工DHS調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，針對(duì)施工前期火焊焊接質(zhì)量不良的現(xiàn)實(shí)，決定采用不留鈍邊、間隙，打底層焊縫不填焊絲的全氬弧焊接工藝施焊。
1 問題的提出及分析
1Cr18Ni9Ti 不銹鋼儀表采樣管由于橫截面積小，管子細(xì)小且薄，越是難于焊接。其主要問題在于無論用什么方法焊接，最容易出現(xiàn)燒穿，產(chǎn)生焊瘤，堵塞管子內(nèi)徑，很難掌握焊縫熔透程度。
施焊時(shí)遇到焊接技術(shù)問題，焊接質(zhì)量差，經(jīng)過金屬探傷發(fā)現(xiàn)所焊接的20個(gè)焊口無一合格，為此，經(jīng)過分析焊接缺陷產(chǎn)生原因，通過多種焊接工藝方法對(duì)比，故決定以φ14×3 mm管子，采用不制作鈍邊、不留間隙，打底層焊縫不填焊絲的TIG焊接工藝技術(shù)。
2 焊接方法選用
（1）焊接設(shè)備：焊機(jī)選用ZX7―400IGBT，直流正接；氬弧焊槍選用QQ85°/160A-1，噴嘴口徑8 mm，鎢極選用Wce―20，φ1.6 mm，鎢極錐度30°。
（2）焊接材料：焊絲選用上海電力修造廠生產(chǎn)的TGS―308L，φ1.6 mm，用砂紙將焊絲上油污打磨干凈，露出金屬光澤。
（3）坡口制備：準(zhǔn)備φ14×3 mm不銹鋼管8節(jié)，長(zhǎng)度100 mm。開V型坡口，破口角度50°～60°，無鈍邊，管口齊平，距管坡口端外壁10 mm，內(nèi)壁5 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污用砂紙和銼刀打磨干凈，直至露出金屬光澤。
（4）焊前準(zhǔn)備和要求。
①焊接特點(diǎn)：質(zhì)量上要求焊透，耐壓不漏不堵。經(jīng)過反復(fù)試焊的焊接工藝參數(shù)見表一。經(jīng)過反復(fù)試焊的焊接工藝參數(shù)見表一。
②試件組隊(duì)，焊件用氬弧焊定位焊時(shí)，焊點(diǎn)和實(shí)際焊接焊縫標(biāo)準(zhǔn)一樣；管徑小于或等于φ42 mm時(shí)，可定位焊一處，位置在管子頂部上中偏左位置。定位焊長(zhǎng)度5～8 mm，定位焊應(yīng)保證質(zhì)量，如有未熔合、未焊透、氣孔等缺陷，應(yīng)清除后重新定位焊。
③焊接要點(diǎn)，焊接操作由持有鍋爐壓力容器焊接操作合格證項(xiàng)目的高壓焊工擔(dān)任；不開坡口采用承插式接口，可一次焊接成型；注意接頭質(zhì)量，保證焊縫余高1.5～2.0 mm；采用小規(guī)范焊接參數(shù)，在保證焊透和熔合良好的條件下，采用小電流、短電弧、窄焊道、快速焊的方法，控制好層間溫度；焊后可采用強(qiáng)制冷卻，水冷防止晶間腐蝕；不要在焊縫以外的地方引弧，地線要接好，以免損傷金屬表面而使其耐腐蝕性下降。
在打底焊道上引弧后，焊槍在坡口邊緣間上下擺動(dòng)，當(dāng)始焊部位的打底焊道和坡口邊緣熔化形成熔池后，焊絲向坡口上部邊緣填充。電弧熔化焊絲后焊槍向坡口下部邊緣擺動(dòng)，稍作停頓后，焊槍回到坡口上部邊緣，依次循環(huán)。要求熔池形狀和大小基本一致，焊道收尾時(shí)，頭尾搭接10 mm左右，然后用電流衰減法收弧。
④焊縫質(zhì)量，氬弧焊施焊工作應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行，并有適當(dāng)?shù)姆里L(fēng)措施。通常情況下，氬氣流量為6～10 L/min，氬氣流量太小時(shí)，電弧不能得到應(yīng)有的保護(hù)，易產(chǎn)生氣孔；太大時(shí)，會(huì)造成氣流紊亂電弧不穩(wěn)。鎢極氬弧焊的鎢棒直徑可根據(jù)焊件的厚度來選擇，焊件壁厚為3～6 mm，鎢棒直徑2.0～3 mm，鎢棒伸出噴嘴的長(zhǎng)度根據(jù)焊件盡可能短，一般為4～6 mm。
焊接過程中，焊工應(yīng)嚴(yán)格按工藝規(guī)范操作，注意觀察熔池，保證熔透及單面焊雙面成形。壁厚3～6 mm的管子采用兩層焊接，當(dāng)焊接中斷，再次起焊應(yīng)與原焊縫重疊6～8 mm。焊縫焊完后，焊工應(yīng)檢查焊縫外觀質(zhì)量，修磨表面缺陷，并按規(guī)定打上焊工鋼印。
焊縫外觀尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣和工藝文件的規(guī)定，焊縫高度不低于母材表面，焊縫與母材應(yīng)圓滑過渡。焊縫及其熱影響區(qū)表面無裂紋、夾渣、弧坑和氣孔。管子焊縫咬邊深度不超過0.5 mm，管子焊縫兩側(cè)咬邊總長(zhǎng)度管對(duì)接水平固定對(duì)接焊接，從6點(diǎn)鐘位置開始焊，焊至12點(diǎn)鐘位置結(jié)束。在打底焊道上引弧后，焊槍在坡口邊緣間上下擺動(dòng)，當(dāng)始焊部位的打底焊道和坡口邊緣熔化形成熔池后，焊絲向坡口上部邊緣填充。電弧熔化焊絲后焊槍向坡口下部邊緣擺動(dòng)，稍作停頓后，焊槍回到坡口上部邊緣，依次循環(huán)。要求熔池形狀和大小基本一致，焊道收尾時(shí)，頭尾搭接10左右，然后用電流衰減法收弧。
焊縫處于仰焊位時(shí)前進(jìn)的速度加快，下一個(gè)熔池落在前一個(gè)已凝固熔池的1/3處。立焊位時(shí)下一個(gè)熔池落在前一個(gè)已凝固熔池的1/2處。平焊位時(shí)下一個(gè)熔池落在前一個(gè)已凝固熔池的2/3處。否則容易出現(xiàn)滿溢、焊縫上坡口咬邊和焊縫余高不足。采用劃擦法在坡口內(nèi)側(cè)引弧，從6點(diǎn)鐘位置開始焊，焊接的實(shí)質(zhì)是根據(jù)熔滴上的作用力原理，掌握熔池的結(jié)晶規(guī)律和凝固特點(diǎn)，達(dá)到熔合良好、焊縫尺寸符合要求，焊縫圓滑過度成型美觀。
（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
通過制定科學(xué)規(guī)范的焊接工藝指導(dǎo)書，選擇按照“考規(guī)”規(guī)定經(jīng)相應(yīng)試件考試合格優(yōu)秀的焊工上崗焊接了4件試樣，經(jīng)焊縫外觀評(píng)定、無損探傷、端口檢查未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷。
3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用
2006年8月，在我公司#7機(jī)組大修中，對(duì)熱工DHS調(diào)速系統(tǒng)改造中，我們采用了上述氬弧焊焊接工藝，在對(duì)φ16×3 mm、φ13×3 mm、φ12×2 mm三種規(guī)格1Cr18Ni9Ti不銹鋼高壓取樣管的焊接中，焊口一次合格率（見表2）高達(dá)98%以上，效果良好，成效顯著。
4 結(jié)語
綜合分析不銹鋼高壓儀表取樣小徑管TIG焊接工藝，采用不留間隙、不開坡口、不留頓邊、采用承插式接口新技術(shù)。該焊接技術(shù)達(dá)到耐壓、不漏、不堵為設(shè)備自動(dòng)化改造，熱工儀表管的焊接提供了技術(shù)支持，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良，提高了焊接效率。
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