不銹鋼厚壁管全位置焊接工藝

對火力發(fā)電廠常用的奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti厚壁管全位置焊進(jìn)行分析。

1焊接性分析

1.1 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼Ф133mm×11mm 大管水平固定全位置對接接頭，焊接難度較高，對焊接接頭質(zhì)量要求很高，內(nèi)表面要求成形良好，凸起適中，不內(nèi)凹，焊后要求PT、RT檢驗(yàn)。

1.2 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼熱膨脹率、導(dǎo)電率均與碳鋼及低合金鋼差別較大，且熔池流動性差，成形較差，特別在全位置焊接時更突出。

2焊接方法及焊前準(zhǔn)備

2.1 焊接方法

材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，管件規(guī)格為Ф133mm×11 mm，采用手工鎢極氬弧焊打底，CO2氣體保護(hù)焊填充及蓋面焊，立向上的水平固定全位置焊接。

2.2 焊前準(zhǔn)備

2.2.1清理油、污物，將坡口面及周圍10 mm內(nèi)修磨出金屬光澤。

2.2.2檢查水、電、氣路是否暢通，設(shè)備及附件應(yīng)狀態(tài)良好。

2.2.3按尺寸進(jìn)行裝配，定位焊采用肋板固定，也可采用坡口內(nèi)定位焊，但必須注意定位焊質(zhì)量。

3 TIG焊工藝

3.1 焊接參數(shù)

采用Ф2.5 mm的Wce-20鎢極，鎢極伸出長度4～6 mm，不預(yù)熱，噴嘴直徑Ф12 mm，選用TCS-308L直徑Ф2.5mm的焊絲，焊接電流80～90A，電弧電壓12～14V，氬氣流量9～12L/min，Ar純度99.99% 。

3.2 操作方法

3.2.1管子對接水平固定焊縫是全位置焊接。因此焊接難度較大，為防止仰焊內(nèi)部焊縫內(nèi)凹，打底層采用仰焊部位內(nèi)填絲，立、平焊部位外填絲法進(jìn)行施焊。

3.2.2引弧前應(yīng)先在管內(nèi)充氬氣將管內(nèi)空氣置換干凈后再進(jìn)行焊接，焊接過程中焊絲不能與鎢極接觸或直接深入電弧的弧柱區(qū)，否則造成焊縫夾鎢和破壞電弧穩(wěn)定，焊絲端部不得抽離保護(hù)區(qū)，以避免氧化，影響質(zhì)量。

3.2.3無論什么位置的焊接，鎢極都要垂直于管子的軸心，這樣能更好地控制熔池的大小，而且可使噴嘴均勻地保護(hù)熔池不被氧化。

3.2.4焊接時鎢端部離焊件距離2 mm左右，焊絲要順著坡口沿著管子的切點(diǎn)送到熔池的前端，利用熔池的高溫將焊絲熔化。電弧引燃后，在坡口一端預(yù)熱，待金屬熔化后立即送焊絲熔化金屬，然后電弧擺到坡口另一端，給送第二滴焊絲熔化金屬，使二滴鐵水連接形成焊縫的根基，然后電弧作橫向擺動，兩邊稍作停留，焊絲均勻地、斷續(xù)地送進(jìn)熔池向前施焊。 

3.2.5在填絲過程中切勿擾亂氬氣氣流，停弧時注意氬氣保護(hù)熔池，防止焊縫氧化。焊后半圈時，電弧熔化前半圈仰焊部位，待出現(xiàn)熔孔時給送焊絲，前兩滴可以多給點(diǎn)焊絲，避免接頭內(nèi)凹，過后按正常焊接。

3.2.6收尾處打磨成斜坡狀，焊至斜坡時，暫停給絲，用電弧把斜坡處熔化成熔孔，最后收口。注意焊到后半圈剩一小半時應(yīng)減小內(nèi)部保護(hù)氣體流量到3 L/min，以防止氣壓過大而使焊縫內(nèi)凹。

3.3 常見缺陷的產(chǎn)生原因及預(yù)防

3.3.1未焊透：焊接電流小，根部間隙小，焊接速度過快、焊槍角度不正常等均易產(chǎn)生未焊透的缺陷。根部間隙一定不能小于3.5 mm，合適的焊接電流和正確調(diào)整焊槍角度就可避免產(chǎn)生未焊透。

3.3.2氧化嚴(yán)重：打底焊時，管內(nèi)充氬裝置未能起到良好的保護(hù)作用，焊縫背面將氧化；焊接過程中對熔池及焊絲端頭保護(hù)不良，或焊絲表面有氧化雜質(zhì)也將會氧化嚴(yán)重。充氬裝置盡可能與管子對嚴(yán)，不能留有間隙，管子的間隙用耐高溫錫油紙貼上，避免焊縫氧化。

3.3.3夾渣、夾鎢：焊接過程中，若焊絲端頭在高溫過程中脫離了氬氣保護(hù)區(qū)，在空氣中被氧化，當(dāng)再次焊接時被氧化的焊絲端頭未清理，又送入熔池中，在斷口試驗(yàn)中判為夾渣；若鎢極長度伸出量過大，焊槍動作不穩(wěn)定，鎢極與焊絲或鎢極與熔池相碰后，又未終止焊接，從而造成夾鎢。因管子是圓的，焊槍、送絲角度要隨時變化，所以手法一定要穩(wěn)、準(zhǔn)，就能避免夾渣、夾鎢的現(xiàn)象。

3.3.4內(nèi)凹：裝配間隙小，焊接過程中焊槍擺動幅度大，致使電弧熱量不能集中于根部，產(chǎn)生了背面焊縫低于試件表面的內(nèi)凹現(xiàn)象。電弧熱量盡量集中于根部，仰焊部位多給點(diǎn)焊絲可避免內(nèi)凹。

4 CO2氣體保護(hù)焊焊接工藝

 4.1操作方法

4.1.1焊前注意噴嘴，導(dǎo)電嘴是否清理干凈，氣體流量的大小是否合適，清理打底層表面，控制層間溫度。

4.1.2因填充、蓋面層用CO2氣體保護(hù)焊，焊絲伸出長度的長短對焊接過程的穩(wěn)定性影響較大，焊絲伸出長度越長，焊絲電阻值增大，焊絲過熱而成段熔化，結(jié)果焊接過程不穩(wěn)定，金屬飛濺嚴(yán)重，焊縫成形不良，對熔池的保護(hù)不好；焊絲伸出長度過短，則焊接電流增大，噴嘴與工件的距離縮短，焊接視線不清，焊道成形不良，同時若焊絲伸出長度過短，還會使噴嘴過熱，造成飛濺物粘住或堵塞噴嘴，從而影響氣體流量。

4.1.3焊接時，焊槍角度要跟管子軸線垂直，因?yàn)楣茏邮菆A的，所以焊槍角度要隨時變化，這樣才能保證焊縫質(zhì)量，避免焊縫產(chǎn)生氣孔、夾渣等現(xiàn)象。焊接時采用小月牙形擺動，兩側(cè)稍作停留穩(wěn)弧，中間速度稍快，這樣可以避免焊出的焊縫凸起、不平整；上、下接頭都要越過中心線5～10 mm，后半圈填充、蓋面仰焊接頭時，可把前半圈引弧焊接位置磨一個緩坡，使后半圈接頭時不致于產(chǎn)生缺陷；填充時，要注意坡口邊緣不要被電弧擦傷，以備蓋面層焊接。蓋面時，應(yīng)在坡口邊緣稍作停頓，以保證熔池與坡口更好地熔合，焊接過程中，焊槍的擺動幅度和頻率要相適應(yīng)，以保證蓋面層焊縫表面尺寸和邊緣熔合整齊。

 電站用鋼的開發(fā)需要很長的周期， 國內(nèi)外實(shí)踐證明12Cr1MoV、2.25Cr-Mo、TP304、TP347等鋼工藝性能良好、運(yùn)行可靠。但為了提高蒸汽溫度和壓力，20世紀(jì)60年代以后各國紛紛致力于開發(fā)使用溫度高于580℃低于650℃的鋼種。可以說T91/P91鋼的開發(fā)成功是電站用鋼領(lǐng)域內(nèi)近30年努力的突破。我國于1987年開始引進(jìn)使用這種鋼，10多年來已有一些單位基本掌握了T91/P91鋼的焊接工藝，同時也開展了T91與鋼102、12Cr1MoV、TP304鋼異種鋼焊接的研究工作。用T91更換鋼102制成的過熱器和高溫再熱器運(yùn)行的可靠度明顯提高。用P91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地減小。壁厚的減小降低了構(gòu)件的重量，減小了結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力，也減小了制造成本和施工難度。

T91/P91、T92/P92、P23/T23、T122/P122都是屬調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用的回火馬氏體鋼，又都是在相同的思路下研制開發(fā)的，它們具有相似的基本特點(diǎn)。新鋼種由于降低了碳和雜質(zhì)元素的含量，對焊接裂紋的敏感性都明顯降低。由于采用這類鋼后，可成倍減小構(gòu)件壁厚，焊接獲得完整無裂紋的接頭的難度比鋼102、T9、X20等也大為降低。盡管如此，接頭性能的明顯劣化卻是焊接這類鋼的主要困難。

由這類鋼的基本特點(diǎn)可以設(shè)想：

1）焊縫由于熔敷金屬沒有控軋和形變熱處理的機(jī)會，晶粒不可能由此獲得細(xì)化，又由于熔敷金屬中的Nb、V在凝固冷卻過程中難以呈微細(xì)的C、N化合物析出，焊縫的韌性會遠(yuǎn)不如母材。

2）供貨狀態(tài)優(yōu)良的母材性能受到焊接的高溫循環(huán)，母材HAZ性能必會明顯劣化。

3）這種劣化的程度隨焊接熱輸入的增大而加劇。對T91/P91鋼焊接的實(shí)踐已經(jīng)證明了這些設(shè)想。