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奧氏體304不銹鋼及奧氏體+鐵素的雙相不銹鋼材料在化工、石化工程中應用十分廣泛。大多使用在儲運容器、反應器、換熱器、塔器等化工石化設備裝置上。通常其施焊工藝多以手工焊條電弧焊為主,不銹鋼電焊條用量很大。我們知道手工焊具有熔敷效率低,藥皮、焊條頭浪費大,以及焊縫接頭多,收弧弧坑偏析,易發(fā)生火口裂紋等一系列焊接缺陷。

某化工機械公司焊接多臺直徑Φ2800mm,長度12000mm,板厚δ=12～14mm的臥式儲罐�？v縫及環(huán)縫采用熔化極氣體保護全自動焊工藝,人孔、接管、支座加強板采用熔化極氣體保護半自動焊工藝。由于采用40～45°小截面坡口角度,焊縫截面積減小30%～38%,節(jié)省1/3的填充金屬量,避免了藥皮、焊條頭的浪費;焊材熔化系數(shù)高,焊接速度快,省去了清渣及清根的輔助工時,提高工效3倍;且焊縫成型好,接頭少,內(nèi)外質(zhì)量高,一次探傷合格率100%。質(zhì)量和效率均高于焊條電弧焊,取得顯著的經(jīng)濟效益。

1工藝特性分析

(1)奧氏體304不銹鋼對熱輸入敏感性較強,在450～850℃敏化溫度區(qū)內(nèi)停留時間稍長,焊縫及熱影響區(qū)的耐腐蝕性能就會嚴重下降。當焊接保護不良,高溫氧化嚴重時,焊縫及近縫區(qū)表面就會出現(xiàn)黑灰色的氧化層。提高焊接速度,減少焊接線能量;加強焊縫及熱影響區(qū)的保護,是MIG焊工藝的基本思路。

(2)焊縫的結(jié)晶偏析物較多,在熱應力的作用下,容易產(chǎn)生結(jié)晶裂紋(熱裂紋)。線膨脹系數(shù)比低碳鋼約大50%,易于產(chǎn)生較大的焊接變形。采用熔化極氣體保護焊設備,利用實芯焊絲的惰性氣體保護焊(即MIG焊)工藝由于焊接速度快,焊接線能量低,熱裂紋傾向小,焊接變形小。

(3)保護氣體:用純氬氣保護時熔池表面張力較大,焊縫成形較差,余高稍高。加入2%氧氣后增加了熔池的潤濕性,焊縫成形平整美觀。所以保護氣體采用氬氣98%+氧氣2%(即氬氣流量24.5L/min,氧氣流量0.5L/min用配比器混合或用三通管混合)。

(4)在上述氣體保護下,Φ1.2實芯不銹鋼焊絲,利用脈沖MIG焊,焊接電流大于80A,即可形成射流過渡實現(xiàn)無飛濺焊接。如果在無脈沖MIG焊時,焊接電流小于250A,熔滴處于短路過渡或大滴過渡狀態(tài),伴有微量飛濺或大滴飛淺污染近縫區(qū)。只有當臨界電流大于250A時才能實現(xiàn)射流過渡狀態(tài)。所以為了減少平均熱輸入量,實現(xiàn)無飛淺的射流過渡,選用脈沖MIG焊為最佳工藝方案。

(5)焊機選用唐山松下YM-500AG1HGE微電腦控制的逆變脈沖MIG/MAG焊機。脈沖電流、基值電流、脈沖上升時間、下降時間及脈沖頻率等焊接參數(shù)由微電腦自行設定。Φ1.2焊絲,脈沖電流300～500A,一個脈沖過渡一個熔滴,其熔滴過渡電流超過臨界電流值,始終處于射流狀態(tài),能夠滿足δ=2～50mm不同板厚的平焊、立焊(立向下焊),角焊等工藝規(guī)范要求。

2焊接工藝

(1)筒體及封頭焊前機械加工坡口,切削單邊坡口20～22°,鈍邊1～2 mm,組對間隙2～2.5mm,對接頭打底焊道基本達到單面焊雙面成形。焊搶及送絲機固定在行走小車上焊接縱焊縫;筒體在滾輪架上均勻轉(zhuǎn)動,焊槍固定在平臺托架上焊接環(huán)焊縫,最后一條環(huán)縫背面封底焊采用焊條電弧焊。

(2)小車行走時(焊縱縫)或筒體滾動時(焊環(huán)縫),在焊槍后面設置冷卻裝置(吸水海棉),隨焊隨冷,快速冷卻焊縫及熱影響區(qū),減少450～850℃敏化溫度區(qū)內(nèi)停留時間,提高焊縫的耐蝕性能。

(3)焊接工藝規(guī)范參數(shù):V型坡口對焊接縫,正面多層多道焊,背面封底焊。焊接電流I=180～220A,電弧電壓U=19～22V,焊接速度60～90cm/min,焊絲干伸長度L=10～15mm,左向焊法(即前進法,由右向左焊),焊槍行走角度80～85°,工作角90°,氣體流量Ar=24.5L/min,O2=0.5L/min。

(4)打底層焊道以焊透為基準,調(diào)定焊接電流和焊接速度處于最佳配合參數(shù)。通過試驗,如背面未焊透,可適當加大焊接電流或降低焊接速度。背面均勻焊透,免去了背面清根的工藝要求(304不銹鋼清根工藝難度較大,打磨量大,效率低,質(zhì)量難于保證,并容易污染容器內(nèi)表面,造成耐蝕性能下降)。容器內(nèi)焊縫最后焊接,焊后焊縫內(nèi)外表面經(jīng)鈍化處理。

(5)選擇實芯不銹鋼焊絲時,其化學成分與母材的化學成份相同或相似。如0Cr18Ni19應選用H0Cr21Ni10(308焊絲),00Cr18Ni12Mo2Ti應選用H00Cr19NiMo2(316L焊絲)。

(6)奧氏體304不銹鋼三類容器的焊接,應選用藥芯不銹鋼焊絲(如E308T1-1),CO2氣體保護焊,氣渣聯(lián)合保護,焊縫表面呈銀白色,綜合機械性能及耐蝕能優(yōu)良。藥芯焊絲配用無脈沖的YM-500RF2HGE微電腦控制逆變MA G/CO2焊機,工藝性能優(yōu)良穩(wěn)定,熔滴渣壁過渡平穩(wěn),無飛濺。

3小結(jié)

(1)奧氏體304不銹鋼容器的焊接用熔化極氣體保護焊替代焊條電弧焊效率高,質(zhì)量好,成本低,容易實現(xiàn)自動化和半自動化焊接。實芯焊絲配用98%Ar+2%O2混合氣,焊縫成形好,平整美觀,內(nèi)外質(zhì)量高,提高工效3倍。

(2)脈沖MIG焊在小電流時(I≥80A)也能實現(xiàn)熔滴射流過渡,無飛濺焊接,焊縫及近縫區(qū)無污染。打底焊道單面焊雙面成形,免去背面清根工藝,降低成本,提高了經(jīng)濟效益。