朱萍

摘要：通過對多次不銹鋼軸套埋弧焊單面焊雙面成型試驗焊接工藝進行總結(jié)及試驗，獲得了可靠的工藝參數(shù)，驗證了不銹鋼軸套埋弧焊單面焊雙面成型焊接工藝的可行性。

關(guān)鍵詞：不銹鋼軸套;埋弧焊;單面焊雙面成型;焊接工藝

0? ? 引言

面對市場回暖，企業(yè)生產(chǎn)訂單劇增的行業(yè)形勢，焊接工藝組積極探索，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與制造工藝，以期實現(xiàn)機械化或自動化焊接，在獲得可靠焊接質(zhì)量的同時提高焊接生產(chǎn)效率。埋弧自動焊作為工業(yè)生產(chǎn)中最常用的焊接方法之一，因其具有以下優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于化工容器、鍋爐、造船、橋梁等金屬結(jié)構(gòu)的制造。

（1）生產(chǎn)率高。埋弧焊時，焊絲從導(dǎo)電嘴中伸出的長度較短，而且是光焊絲，不會因提高電流而造成焊條藥皮發(fā)紅等問題，故可以使用較大的電流，相應(yīng)的電流密度也較大，加上焊劑和熔渣的隔熱作用，熱效率較高，使熔深較大，即使是中厚板開I形坡口也能焊透，或者焊件坡口尺寸可以設(shè)置得較小，減少了填充金屬量，因此，埋弧焊的焊接速度較快，生產(chǎn)率較高。

（2）焊縫質(zhì)量好。埋弧焊時采用渣保護，這樣不僅能隔絕外界空氣，而且減慢了熔池金屬的冷卻速度，使液體金屬與熔化的焊劑間有較多的時間進行冶金反應(yīng)，降低了產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。焊劑還能與焊縫進行冶金反應(yīng)并過渡一些合金元素，從而提高焊縫的質(zhì)量。同時，埋弧焊時由于采用自動調(diào)節(jié)和控制技術(shù)，焊接過程非常穩(wěn)定，焊縫外觀質(zhì)量佳。

（3）節(jié)省焊接材料和電能。埋弧焊由于焊接熱輸入較大，焊接可以開I形坡口或小角度坡口，減少了填充金屬量;同時，因其有焊劑和渣保護，減少了金屬飛濺損失和熱量損失，從而節(jié)省了焊接材料和電能。

（4）勞動條件好。埋弧焊是機械化操作，所以勞動強度低;電弧在焊劑層下燃燒，有害氣體逸出較少;同時沒有弧光輻射，對焊工身體損傷較小。

公司生產(chǎn)的舵桿、舵銷不銹鋼軸套，是由奧氏體不銹鋼板卷制作焊接而成的，通常采用半自動藥芯焊絲二氧化碳氣保焊。經(jīng)考慮，對此類產(chǎn)品縱焊縫采用埋弧自動焊，背面加貼陶瓷襯墊，進行單面焊雙面成型試驗，旨在探討此類焊接工藝的可行性，獲得可靠的工藝參數(shù)，為后續(xù)生產(chǎn)應(yīng)用積累可靠的焊接數(shù)據(jù)。

1? ? 試驗用材料及設(shè)備

1.1? ? 母材

我公司不銹鋼軸套材質(zhì)為含Mo奧氏體不銹鋼316L，其物理性能如表1所示。

故而316L具有以下焊接特性：

（1）熱裂紋傾向。奧氏體組織中S、P等雜質(zhì)元素的溶解度很低，若焊縫區(qū)或近縫區(qū)含有一定量的雜質(zhì)元素，很容易形成低熔點共晶物;同時，由于316L熱導(dǎo)率小，熱膨脹系數(shù)大，在焊縫冷卻過程中焊接拉應(yīng)力較大，兩者共同作用易形成熱裂紋。

（2）焊接接頭脆化傾向。焊接此類鋼時，若在550～820 ℃長時間停留，易沿著奧氏體晶界析出鉻的共晶物σ相，將大大降低焊接接頭韌性，引起σ相脆化;同時，由于熱導(dǎo)率小，焊接接頭高溫停留時間長，晶粒長大明顯，易形成粗晶脆化。

（3）焊接接頭抗腐蝕性能下降。σ相的析出、C含量的增加都會導(dǎo)致貧鉻區(qū)的出現(xiàn)，降低母材的抗腐蝕能力[2]。

1.2? ? 焊接材料

選用ER316L埋弧焊絲，直徑4.0 mm。主要有以下幾方面考慮：

（1）ER316L焊絲的化學(xué)成分與母材316L相當(dāng)，遵循等成分匹配。

（2）ER316L焊絲的C含量很小（≤0.03%），即使C全部溶解在奧氏體中，加熱到敏化溫度450～850 ℃，也不太容易形成貧鉻區(qū)，可以盡量避免因貧鉻而產(chǎn)生晶間腐蝕。

（3）ER316L焊絲具有一定的鐵素體化能力，可以溶解σ相，限制奧氏體的長大，改善接頭脆化問題;同時，σ相可以溶解較多的S、P雜質(zhì)，減少有害雜質(zhì)的偏析[3]。

ER316L埋弧焊絲化學(xué)成分如表2所示。

選用SJ601焊劑。該種焊劑屬于燒結(jié)堿性焊劑，氧化性弱，通過焊劑中合金元素的添加可以有效防止氧化，改善接頭性能。

1.3? ? 焊接設(shè)備

使用的焊接設(shè)備是焊研威達ZD5（D）-1250懸臂式埋弧自動焊機。

2? ? 焊接坡口制作及焊接參數(shù)選用

不銹鋼板卷制造完成后采用機加工方法按圖1加工坡口并裝配，背面加貼陶瓷襯墊。

316L的焊接特性決定了該鋼種采用埋弧焊時，在保證焊接成型的前提下，要盡可能采用小的焊接電流，適中的焊接速度，并嚴(yán)格控制層間溫度，以盡量降低焊接接頭高溫溫度和高溫停留時間，抑制σ相的晶界析出和晶粒長大。

焊接接頭焊道布置示意圖如圖2所示，焊接工藝參數(shù)如表3所示。

3? ? 焊接工藝要點

（1）不銹鋼軸套坡口及其兩側(cè)25～30 mm務(wù)必清理干凈，必要時需進行機械清理和化學(xué)清理，整個焊接過程必須使用專用的打磨和清潔工具。

（2）兩端分別安裝兩塊不銹鋼引弧板及引出板。

（3）焊機懸臂焊前應(yīng)空跑以調(diào)整焊槍與焊縫中心位置。

（4）焊前應(yīng)烘干焊劑，烘干溫度300～350 ℃，保溫2 h。

（5）采用表3所示焊接工藝參數(shù)進行焊接，嚴(yán)格控制層間溫度≤150 ℃。焊接操作工全程跟蹤焊接過程，隨時進行微調(diào)，及時進行道間清理，并自檢每道焊縫表面，不得出現(xiàn)裂紋、夾渣、未熔合、氣孔、咬邊等缺陷。

（6）焊后應(yīng)進行目視檢驗，100%UT檢驗。

4? ? 試驗結(jié)果分析及結(jié)論

（1）目視檢驗：正、背面焊縫表面均無裂紋、氣孔、夾渣、未熔合、明顯的焊瘤和咬邊等有害缺陷，檢驗結(jié)果合格。

（2）UT檢驗：依據(jù)ISO 5817標(biāo)準(zhǔn)B級焊縫檢驗要求，焊縫不存在不允許存在的或尺寸超標(biāo)的缺陷，檢驗結(jié)果合格。

（3）正因為在焊接坡口底部做出了根部半徑，同時留有合適的鈍邊和裝配間隙，才使焊絲更好地接近焊縫根部，從而使焊縫根部獲得了良好的熔合及背面成型。

（4）坡口角度足夠大，配合合適的焊接參數(shù)，多層多道焊接，使焊縫兩側(cè)與母材熔合良好，脫渣、清渣容易;同時，焊縫晶粒細小、韌性好、母材熔合比小，避免了熱裂紋、夾渣等缺陷;蓋面焊使用小電流焊接兩道，避免了焊趾產(chǎn)生嚴(yán)重的應(yīng)力集中和咬邊缺陷，獲得了良好的表面成型。

綜上所述，各項檢驗結(jié)果合格，焊接操作工清渣勞動強度小，正面及背面成型良好，故此次探討的不銹鋼軸套埋弧焊單面焊雙面成型焊接工藝是可行的。

5? ? 結(jié)語

未來，為提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，獲得更加穩(wěn)定的焊縫質(zhì)量，機械化或自動化焊接將是大勢所趨，而對此類焊接工藝的探討將為后續(xù)實際生產(chǎn)應(yīng)用提供可靠的工藝指導(dǎo)，故本文的探討是非常必要且適應(yīng)發(fā)展趨勢的，必將為企業(yè)乃至行業(yè)帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[參考文獻]

[1] 陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[2] 王洪光.實用焊接工藝手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[3] 周振豐，張文鉞.焊接冶金與金屬焊接性[M].2版.北京：機械工業(yè)出版社，1988.