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不锈钢管焊接工艺研究现状

作者: 来源: 日期:2020/12/26 1:35:04 人气:4

在经济高速发展的今天,海洋、交通、航空事业都得到了飞速的发展,使得焊接技术有了一个质的飞跃,使得焊接工作的量有了很大的突破。不锈钢管由于其表面光洁,具有不锈和耐蚀性并有其他许多优良性能。但是由于工艺不当、材料有缺陷等原因会对不锈钢管焊接接头造成种种缺陷。本文主要针对不锈钢管焊接工艺进行分析和讨论。

一、不锈钢管的焊接性分析

不锈钢管具有高强度、可焊接性、抗腐蚀性、易加工性和表面具有光泽性等许多优异的特性,在化工、汽车、食品机械、医药、仪器仪表、能源等工业及建筑装饰方面得到了广泛而重要的应用。但随着石油化工工业、军事工业及海洋开发的迅速发展,对不锈钢管提出了更高的要求,传统的不锈钢管已经适应不了特殊行业和特殊功能领域的使用要求,因此,不锈钢管材料也逐步向功能性和特殊性方向发展,出现了超级不锈钢管和满足各种特殊功能要求的功能性不锈钢管。铁素体不锈钢管含铬量在11-30%,具有体心立方晶格结构,在使用状态下以铁素体组织为主。铁素体不锈钢管与奥氏体不锈钢管相比,具有强度高,冷加工硬化倾向较低,导热系数大、线膨胀系数小等优点。传统的铁素体不锈钢管由于钢中的CN等间隙元素含量比较高,因此存在韧性差,耐蚀性和焊接性差等缺点,因此其应用范围极其有限。近年来,由于不锈钢管精炼技术的发展,AODVOD等工艺的应用,已经能生产出低碳、氮和氧的超纯铁素体不锈钢管,使得上述铁素体不锈钢管的缺点得到了一定程度的改善并进一步发展了许多新的焊接性好、加工性能优良的新品种。这类铁素体不锈钢管的特点就是中、高铬,不含或含少量镍,同时添加了有益金元素铌、钛、钼等该类不锈钢管成形性、耐蚀性和焊接性优良。奥氏体铬镍不锈钢管的使用是最广泛的,良好的耐蚀性是这类不锈钢管的特点,它也可被用于需要其低导磁率、良好的零下低温韧性、高温强度等场合。奥氏体不锈钢管成功焊接的一个重要部分是通过选择焊缝金属的类型、焊接工艺和焊后热处理来控制其成分和显微组织。当这类钢的成分变得复杂、断面更大或使用条件要求更广时就会产生一系列的问题。

二、不锈钢管的焊接工艺分析

1.奥氏体不锈钢管。奥氏体不锈钢管是几种不锈钢管的合称,其中高铬镍钢及高铬锰氮钢均属此类,奥氏不锈钢管是所有种类的不锈钢管中应用比较广泛的一种同时也占据着比较重要的地位。由于奥氏体不锈钢管具有较好的塑性,冷裂纹倾向较小,因此焊前不必预热。多层焊时要避免道间温度过高,一般应冷却到100℃以下再焊下一层;否则接头冷却速度慢,将促使产生碳化铬而造成耐晶间腐蚀性下降。在工件钢性极大的情况下,有时为了避免裂纹的产生,不得已进行焊前预热。而奥氏体不锈钢管焊接后,原则上不进行热处理。只有焊接接头产生了脆化或要进一步提高其耐蚀能力时,才根据需要选择固溶处理、稳定化处理或消除应力处理。只有焊接接头产生了脆化或要进一步提高其耐蚀能力时,才根据需要选择固溶处理、稳定化处理或消除应力处理。

2.沉淀硬化型不锈钢管。沉淀硬化不锈钢管具有良好的焊接性,可在固溶、时效和过时效的任何状态下进行焊接,且焊前无需预热,焊后也无需缓冷。但如果要求等强度焊接接头,则焊接时就必须采用与母材化学成分相同的填充材料,焊后还需重新进行固溶和时效热处理。而且为限制接头的软化和偏析,在用熔焊方法焊接马氏体沉淀硬化不锈钢管时,必须严格限制线能量的输入,以电子束焊、激光焊、脉冲钨极氩弧焊为优先选择的焊接方法;在选用电阻焊方法焊接时应采用硬规范。

3.铁素体不锈钢管。铁素体不锈钢管焊接时,由于热影响区晶粒急剧长大、475℃脆性和σ相析出不仅引起接头脆化,而且也使冷裂倾向加大。在温度高于1000℃的熔合线附近快速冷却时会产生晶间腐蚀,但经650850℃加热并随后缓冷就可以加以消除。由于铁素体钢在加热和冷却过程中不发生相变,所以晶粒长大以后,不能通过热处理来细化。另外,在焊接时,将焊件预热100150℃,含铬量越高,预热温度越高。还可以选用铬不锈钢管焊条或铬镍奥氏体焊条进行焊接。然而,如果采用铬镍奥氏体焊条进行焊接的话,可不进行焊前预热和焊后热处理。焊接结束后,还要进行回火处理,目的是改善塑性,提高耐腐蚀性。

三、不锈钢管焊接工艺研究

1.焊条电弧。焊奥氏体不锈钢管技师选用酸性焊条,最好也采用直流反接,焊件是负极,温度低、受热少,而且直流电源稳定,有利于保证焊缝质量。焊接过程中,焊条最好不进行横向摆动。采用小电流、快速焊、不摆动,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熔渣,并控制层间温度,等到前层焊缝冷却倒60℃以下后在焊接下一层。由于奥氏体不锈钢管的电阻较大,焊接时产生的电阻热较大,所以同样直径的焊条焊接电流值应比低碳钢焊条降低20%左右,不然在焊接时会由于药皮的迅速发红失去保护而无法焊接。

2.氩弧焊。氩弧焊目前已普遍用于不锈钢管的焊接,它与手工电弧焊比较有下列优点:氩气保护效果好;氩弧温度高,热量集中,氩气流有冷却作用,焊缝热影响区小;焊缝强度高,耐腐蚀性好,焊缝变形小,因此焊缝的质量比手工电弧焊高。此外,氩弧焊在焊接时无熔渣,不需清渣,焊后无夹渣缺陷,氩弧焊生产率高,易于自动化。

目前氩弧焊应用较广的是手工钨极氩弧焊,用于焊接0.5-3mm薄板的焊接。焊接时速度应适当地快些,这样可以减少焊件变形和焊缝中的气孔,但过快会造成焊缝的不均匀和未焊透等缺陷。焊接时应尽量避免摆动。钨极氩弧焊一般采用直流正接,这样可以防止因电极过热而造成焊缝中的渗钨现象。

对于厚度大于3mm不锈钢管,可采用熔化极氩弧焊。熔化极氩弧焊的优点是生产率高,焊缝的热影响区小,焊件的变形小和耐腐蚀性好,并易于自动化。熔化极氩弧焊一般采用直流反接法,为了获得稳定的喷射过渡形式,要求电流大于临界电流值。为增加奥氏体不锈钢管的耐腐蚀性,焊后对其进行表面处理,处理方法包括表面抛光、酸洗和钝化处理等。奥氏体不锈钢管一般都具有耐蚀性要求,所以焊后除了要进行一般焊接缺陷的检验外,还要进行耐蚀性实验。

结束语:关于不锈钢管消费逐年增加的现象,从另一个侧面反映出了我国经济的不断发展,人们对于生活质量的要求不断地提高,对于不锈钢管的要求也不断提高。目前我国在不锈钢管焊接方面仍然存在着一些不足,我们要做的是不断地改善不锈钢管的品质,提高不锈钢管焊接质量,满足人们的要求。