奥氏体304不锈钢及奥氏体+铁素的双相不锈钢材料在化工、石化工程中应用十分广泛。大多使用在储运容器、反应器、换热器、塔器等化工石化设备装置上。通常其施焊工艺多以手工焊条电弧焊为主,不锈钢电焊条用量很大。我们知道手工焊具有熔敷效率低,药皮、焊条头浪费大,以及焊缝接头多,收弧弧坑偏析,易发生火口裂纹等一系列焊接缺陷。

某化工机械公司焊接多台直径Φ2800mm,长度12000mm,板厚δ=12～14mm的卧式储罐。纵缝及环缝采用熔化极气体保护全自动焊工艺,人孔、接管、支座加强板采用熔化极气体保护半自动焊工艺。由于采用40～45°小截面坡口角度,焊缝截面积减小30%～38%,节省1/3的填充金属量,避免了药皮、焊条头的浪费;焊材熔化系数高,焊接速度快,省去了清渣及清根的辅助工时,提高工效3倍;且焊缝成型好,接头少,内外质量高,一次探伤合格率100%。质量和效率均高于焊条电弧焊,取得显著的经济效益。

1工艺特性分析

(1)奥氏体304不锈钢对热输入敏感性较强,在450～850℃敏化温度区内停留时间稍长,焊缝及热影响区的耐腐蚀性能就会严重下降。当焊接保护不良,高温氧化严重时,焊缝及近缝区表面就会出现黑灰色的氧化层。提高焊接速度,减少焊接线能量;加强焊缝及热影响区的保护,是MIG焊工艺的基本思路。

(2)焊缝的结晶偏析物较多,在热应力的作用下,容易产生结晶裂纹(热裂纹)。线膨胀系数比低碳钢约大50%,易于产生较大的焊接变形。采用熔化极气体保护焊设备,利用实芯焊丝的惰性气体保护焊(即MIG焊)工艺由于焊接速度快,焊接线能量低,热裂纹倾向小,焊接变形小。

(3)保护气体:用纯氩气保护时熔池表面张力较大,焊缝成形较差,余高稍高。加入2%氧气后增加了熔池的润湿性,焊缝成形平整美观。所以保护气体采用氩气98%+氧气2%(即氩气流量24.5L/min,氧气流量0.5L/min用配比器混合或用三通管混合)。

(4)在上述气体保护下,Φ1.2实芯不锈钢焊丝,利用脉冲MIG焊,焊接电流大于80A,即可形成射流过渡实现无飞溅焊接。如果在无脉冲MIG焊时,焊接电流小于250A,熔滴处于短路过渡或大滴过渡状态,伴有微量飞溅或大滴飞浅污染近缝区。只有当临界电流大于250A时才能实现射流过渡状态。所以为了减少平均热输入量,实现无飞浅的射流过渡,选用脉冲MIG焊为最佳工艺方案。

(5)焊机选用唐山松下YM-500AG1HGE微电脑控制的逆变脉冲MIG/MAG焊机。脉冲电流、基值电流、脉冲上升时间、下降时间及脉冲频率等焊接参数由微电脑自行设定。Φ1.2焊丝,脉冲电流300～500A,一个脉冲过渡一个熔滴,其熔滴过渡电流超过临界电流值,始终处于射流状态,能够满足δ=2～50mm不同板厚的平焊、立焊(立向下焊),角焊等工艺规范要求。

2焊接工艺

(1)筒体及封头焊前机械加工坡口,切削单边坡口20～22°,钝边1～2 mm,组对间隙2～2.5mm,对接头打底焊道基本达到单面焊双面成形。焊抢及送丝机固定在行走小车上焊接纵焊缝;筒体在滚轮架上均匀转动,焊枪固定在平台托架上焊接环焊缝,最后一条环缝背面封底焊采用焊条电弧焊。

(2)小车行走时(焊纵缝)或筒体滚动时(焊环缝),在焊枪后面设置冷却装置(吸水海棉),随焊随冷,快速冷却焊缝及热影响区,减少450～850℃敏化温度区内停留时间,提高焊缝的耐蚀性能。

(3)焊接工艺规范参数:V型坡口对焊接缝,正面多层多道焊,背面封底焊。焊接电流I=180～220A,电弧电压U=19～22V,焊接速度60～90cm/min,焊丝干伸长度L=10～15mm,左向焊法(即前进法,由右向左焊),焊枪行走角度80～85°,工作角90°,气体流量Ar=24.5L/min,O2=0.5L/min。

(4)打底层焊道以焊透为基准,调定焊接电流和焊接速度处于最佳配合参数。通过试验,如背面未焊透,可适当加大焊接电流或降低焊接速度。背面均匀焊透,免去了背面清根的工艺要求(304不锈钢清根工艺难度较大,打磨量大,效率低,质量难于保证,并容易污染容器内表面,造成耐蚀性能下降)。容器内焊缝最后焊接,焊后焊缝内外表面经钝化处理。

(5)选择实芯不锈钢焊丝时,其化学成分与母材的化学成份相同或相似。如0Cr18Ni19应选用H0Cr21Ni10(308焊丝),00Cr18Ni12Mo2Ti应选用H00Cr19NiMo2(316L焊丝)。

(6)奥氏体304不锈钢三类容器的焊接,应选用药芯不锈钢焊丝(如E308T1-1),CO2气体保护焊,气渣联合保护,焊缝表面呈银白色,综合机械性能及耐蚀能优良。药芯焊丝配用无脉冲的YM-500RF2HGE微电脑控制逆变MA G/CO2焊机,工艺性能优良稳定,熔滴渣壁过渡平稳,无飞溅。

3小结

(1)奥氏体304不锈钢容器的焊接用熔化极气体保护焊替代焊条电弧焊效率高,质量好,成本低,容易实现自动化和半自动化焊接。实芯焊丝配用98%Ar+2%O2混合气,焊缝成形好,平整美观,内外质量高,提高工效3倍。

(2)脉冲MIG焊在小电流时(I≥80A)也能实现熔滴射流过渡,无飞溅焊接,焊缝及近缝区无污染。打底焊道单面焊双面成形,免去背面清根工艺,降低成本,提高了经济效益。