聞學(xué)偉

（中車資陽機(jī)車有限公司，四川 資陽 641301）

0 引言

機(jī)車不銹鋼薄壁管（奧氏體不銹鋼）組焊時(shí)總體長度15m，由若干對接管和管座及支管組成，具有形狀特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，在焊接過程中工件無法轉(zhuǎn)動(dòng)，只能選擇全位置自動(dòng)管焊機(jī)實(shí)施焊接。為了掌握全自動(dòng)管焊機(jī)的焊接特點(diǎn)，根據(jù)EN15085（EN ISO 15614）進(jìn)行了焊接工藝試驗(yàn)及評定，掌握了采用自動(dòng)化焊接的焊接工藝和操作要領(lǐng)，為不銹鋼薄壁管的焊接生產(chǎn)提供了技術(shù)支持和依據(jù)。實(shí)踐證明，按照評定合格的焊接工藝進(jìn)行機(jī)車不銹鋼薄壁管的焊接完全滿足機(jī)車質(zhì)量要求。

1 奧氏體不銹鋼的焊接性

[1]奧氏體不銹鋼具有良好的焊接性，但在焊接過程中奧氏體從高溫冷卻到室溫時(shí)，由于C、Cr、Ni、Mo等合金元素的差異，金相組織轉(zhuǎn)變的差異，或者焊接材料和焊接工藝的不同，其焊接接頭可能會出現(xiàn)以下幾種問題。

晶間腐蝕傾向：當(dāng)奧氏體不銹鋼在焊接熱循環(huán)下停留在450～850℃的溫度范圍內(nèi)，或加熱到450～850℃的溫度范圍內(nèi)時(shí)，熱影響區(qū)奧氏體不銹鋼的碳和鉻形成碳化鉻，使晶界奧氏體局部貧鉻，造成腐蝕，失去耐腐蝕性，形成晶間腐蝕。

熱裂紋傾向：與其他不銹鋼相比，奧氏體不銹鋼具有更高的熱敏感性，在焊縫和近焊縫區(qū)存在產(chǎn)生熱裂紋的可能性。熱裂紋通常分為三類：凝固裂紋、液化裂紋和高溫塑性損失裂紋。凝固裂紋主要出現(xiàn)在焊縫部位。液化裂紋出現(xiàn)在熔合線附近或者多層多道焊層間的近縫區(qū)域。焊縫中的金屬凝固結(jié)晶結(jié)束時(shí)，常出現(xiàn)高溫失塑裂紋。

焊接接頭的脆性傾向：奧氏體不銹鋼焊接過程中，焊縫中γ相和δ相都可能發(fā)生σ相變。σ相是一種硬化的金屬間化合物，主要集中在奧氏體柱狀晶的晶界，晶格復(fù)雜。這主要是由于σ相在焊縫中的析出，導(dǎo)致焊縫塑性和韌性嚴(yán)重下降，抗晶間腐蝕能力下降。

2 不銹鋼薄壁管的自動(dòng)化焊接工藝評定

按照EN15085（EN ISO 15614）金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定-焊接工藝試驗(yàn)要求，以奧氏體不銹鋼（06Gr19Ni10）為母材進(jìn)行試件制備、焊接和檢驗(yàn)，焊接了對接焊縫和角焊縫。

2.1 材料、設(shè)備

2.1.1 試件材料及制備

不銹鋼管θ10×1.5×200mm（6根），不銹鋼板100×100×2mm(2塊），其中4根用于對接焊縫的不銹鋼管需倒角去毛刺，管對接焊時(shí)對口不留間隙；用于角焊縫的2根管子不用倒角，與鋼板組成T型角焊縫。

2.1.2 焊接材料

ER309L焊絲，θ0.8mm；氬氣純度≥99.99%；鈰鎢極CeW；θ2.4mm。

2.1.3 焊接設(shè)備

使用orbitalum 180 sw TIG焊自動(dòng)管焊機(jī)，機(jī)頭型號：TP 250。

2.2 自動(dòng)化焊接工藝

2.2.1 焊前清理

為保證焊接質(zhì)量，使用無水乙醇（CH3CH2OH）對坡口表面及兩側(cè)各20mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，去除掉油污和雜質(zhì)。

2.2.2 焊接保護(hù)

奧氏體不銹鋼材料采用全焊透的焊接方式，焊縫背面極易發(fā)生氧化反應(yīng)，所以焊接時(shí)，氣體保護(hù)區(qū)域有熔池、背面焊縫、已焊焊縫和熱影響區(qū)三部分，所以分別采取焊縫背面保護(hù)、噴嘴保護(hù)。噴嘴保護(hù)氣體使用純度為99.99%的純氬，氬氣流量在12～14L/min之間，氬氣流量過大不容易形成穩(wěn)定的氣流層，反而影響保護(hù)效果。焊縫背面保護(hù)采取管子通氣保護(hù)，保護(hù)氣體為99.99%的純氬，氬氣流量在4～5L/min之間，管口末端扎一小孔，方便置換出管內(nèi)的空氣。

2.2.3 焊接工藝

對接焊縫程序設(shè)置：（1）前吹氣階段，轉(zhuǎn)子啟動(dòng)延時(shí)3s，送絲啟動(dòng)延時(shí)2s；（2）第一象限，0～67°，高脈沖電流58A，低脈沖電流26A，高脈沖時(shí)間0.1s，低脈沖時(shí)間0.1s，脈沖線速度120mm/min，高脈沖送絲速度600mm/min，低脈沖送絲速度450mm/min；（3）第二象限，67～149°，高脈沖電流60A，低脈沖電流28A,高脈沖時(shí)間0.1s，低脈沖時(shí)間0.1s，脈沖線速度120mm/min，高脈沖送絲速度600mm/min，低脈沖送絲速度450mm/min；（3）第三象限，149～225°，高脈沖電流61A，低脈沖電流28A，高脈沖時(shí)間0.1s，低脈沖時(shí)間0.1s，脈沖線速度120mm/min，高脈沖送絲速度600mm/min，低脈沖送絲速度450mm/min；（4）第四象限，225～360°，高脈沖電流50A，低脈沖電流24A，高脈沖時(shí)間0.1s，低脈沖時(shí)間0.1s，脈沖線速度120mm/min，高脈沖送絲速度600mm/min，低脈沖送絲速度450mm/min；（5）收尾階段，360～375°，高脈沖電流45A，低脈沖電流20A，高脈沖時(shí)間0.1s，低脈沖時(shí)間0.1s，脈沖線速度120mm/min，高脈沖線速度和低脈沖送絲速度均為0；（6）后吹氣階段，收尾時(shí)間3s，收尾電流10A。

角焊縫程序設(shè)置：（1）前吹氣階段，轉(zhuǎn)子啟動(dòng)延時(shí)3s，送絲啟動(dòng)延時(shí)3s；（2）第一象限，0～45°，高脈沖電流121A，低脈沖電流38A，高脈沖時(shí)間0.15s，低脈沖時(shí)間0.15s，脈沖線速度100mm/min，高脈沖送絲速度800mm/min，低脈沖送絲速度700mm/min；（3）第二象限，45～145°，高脈沖電流117A，低脈沖電流37A，高脈沖時(shí)間0.15s，低脈沖時(shí)間0.15s，脈沖線速度100mm/min,高脈沖送絲速度800mm/min，低脈沖送絲速度700mm/min；（3）第三象限，135～225°，高脈沖電流111A，低脈沖電流36A,高脈沖時(shí)間0.15s，低脈沖時(shí)間0.15s，脈沖線速度100mm/min，高脈沖送絲速度800mm/min，低脈沖送絲速度700mm/min；（4）第四象限，225～360°，高脈沖電流109A，低脈沖電流33A，高脈沖時(shí)間0.15s，低脈沖時(shí)間0.15s，脈沖線速度100mm/min，高脈沖送絲速度800mm/min，低脈沖送絲速度700mm/min；（5）收尾階段，360～375°，高脈沖電流104A，低脈沖電流34A，高脈沖時(shí)間0.15s，低脈沖時(shí)間0.15s，脈沖線速度100mm/min，高脈沖送絲速度和低脈沖送絲速度均為0；（6）后吹氣階段，收尾時(shí)間5s，收尾電流10A。

2.2.4 操作要點(diǎn)

焊接機(jī)頭在夾持到管子上時(shí)要注意同軸度，不能夾偏，避免在焊接過程中發(fā)生焊偏現(xiàn)象，引起焊接困難，甚至發(fā)生鎢極粘連；

焊接對接焊縫時(shí)，鎢極必須垂直于管子中心線，鎢極伸出長度4～5mm，鎢極與管子的距離2～3mm，焊絲與鎢極的夾角在85～90°之間；

焊接角焊縫時(shí)，鎢極與底板的夾角在50°左右，與管子的夾角在40°左右，鎢極伸出長度5～6mm，鎢極與焊縫根部的距離3～4mm，焊絲與鎢極的夾角在85～90°之間。

熄弧后，必須待收弧氣體完全關(guān)閉才能取下焊接機(jī)頭。

2.3 試驗(yàn)項(xiàng)目及檢驗(yàn)內(nèi)容

對接焊縫試件先進(jìn)行外觀檢驗(yàn)和射線檢驗(yàn)，在進(jìn)行切片宏觀金相檢驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)。角焊縫試件先進(jìn)行外觀檢驗(yàn)，再進(jìn)行切片宏觀金相檢驗(yàn)。

2.4 檢驗(yàn)結(jié)果

（1）對接焊縫外觀檢驗(yàn)，焊縫表面無裂紋、未融合、未焊透、咬邊缺陷，如圖1所示；射線檢驗(yàn)，底片為I級，無裂紋、氣孔、未融合等缺陷，如圖2所示；宏觀金相檢驗(yàn)，無裂紋、咬邊、未焊透、未融合等缺陷，如圖3所示；拉伸試驗(yàn)，抗拉強(qiáng)度在480MPa時(shí)，斷裂處位于母材，高于母材抗拉強(qiáng)度規(guī)定值下限400MPa，如圖4所示，各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果合格；

圖1

圖2

圖3

圖4

（2）角焊縫試件外觀檢驗(yàn)結(jié)果：無裂紋、未融合、咬邊缺陷，檢驗(yàn)結(jié)果合格，如圖5所示；切片宏觀金相結(jié)果：根部熔透，無裂紋、燒穿、未融合、未焊透、檢驗(yàn)結(jié)果合格，如圖6所示，各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果合格。

圖5

圖6

由此可見，按照焊接工藝評定要求進(jìn)行上述試件焊接、試樣檢驗(yàn)、性能測定，檢驗(yàn)結(jié)果均符合EN ISO 15614焊接工藝試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，工藝評定結(jié)果合格。

3 工程應(yīng)用

根據(jù)上述評定合格的焊接工藝編制的焊接工藝文件，按照EN15085質(zhì)量體系要求焊接的各型電力機(jī)車的空氣管路，焊后經(jīng)外觀檢測、氣密性試驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果完全符合產(chǎn)品質(zhì)量要求，充分證明了評定的焊接工藝的正確性。

4 結(jié)語

奧氏體不銹鋼焊接時(shí)的主要問題易產(chǎn)生晶間腐蝕、熱裂紋傾向、焊接接頭的脆性傾向。通過對試件的清理，焊接過程中加強(qiáng)焊縫背面和正面保護(hù)，掌握正確的焊接操作要點(diǎn)，完全能解決上述問題，保證焊接質(zhì)量。

為了獲得正確的焊接工藝參數(shù)，焊前必須按照EN15085（EN ISO 15614）金屬材料焊接工藝規(guī)程及評定-焊接工藝試驗(yàn)要求，進(jìn)行試件制備、焊接及檢驗(yàn)，進(jìn)行對接焊縫和角焊縫的焊接工藝評定。實(shí)踐證明，評定合格的焊接工藝完全能滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。