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不鏽鋼各種焊接方法
浏覽: 發布日期:2019-07-06

  一、不鏽鋼焊接工藝技術要點

  不鏽鋼焊管是在焊管成型機上,由不鏽鋼板經若幹道模具碾壓成型並經焊接而成。由于不鏽鋼的強度較高,且其結構爲面心立方晶格,易形成加工硬化,使焊管成型時:一方面模具要承受較大的摩擦力,使模具容易磨損;另一方面,不鏽鋼板料易與模具表面形成粘結(咬合),使焊管及模具表面形成拉傷。因此,好的不鏽鋼成型模具必須具備極高的耐磨和抗粘結(咬合)性能,我們對進口焊管模具的分析表明,該類模具的表面處理都是采用超硬金屬碳化物或氮化物覆層處理。

  激光焊接、高頻焊接與傳統的熔化焊接相比具有焊接速度快、能量密度高、熱輸入小的特點,因此熱影響區窄、晶粒長大程度小、焊接變形小、冷加工成形性能好,容易實現自動化焊接、厚板單道一次焊透,其中最重要的特點是Ⅰ形坡口對接焊不需要填充材料。

  焊接技術主要應用在金屬母材上,常用的有電弧焊,氩弧焊,CO2保護焊,氧氣-乙炔焊,激光焊接,電渣壓力焊等多種,塑料等非金屬材料亦可進行焊接。 金屬焊接方法有40種以上,主要分爲熔焊、壓焊和釺焊三大類。

  熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化狀態,不加壓力完成焊接的方法。熔焊時,熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,形成熔池。熔池隨熱源向前移動,冷卻後形成連續焊縫而將兩工件連接成爲一體。

  在熔焊過程中,如果大氣與高溫的熔池直接接觸,大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池,還會在隨後冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷,惡化焊縫的質量和性能。

  壓焊是在加壓條件下,使兩工件在固態下實現原子間結合,又稱固態焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊,當電流通過兩工件的連接端時,該處因電阻很大而溫度上升,當加熱至塑性狀態時,在軸向壓力作用下連接成爲一體。

  各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等都沒有熔化過程,因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損,和有害元素侵入焊縫的問題,從而簡化了焊接過程,也改善了焊接安全衛生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短,因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料,往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優質接頭。

  釺焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釺料,將工件和釺料加熱到高于釺料熔點、低于工件熔點的溫度,利用液態釺料潤濕工件,填充接口間隙並與工件實現原子間的相互擴散,從而實現焊接的方法。

  焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱爲焊縫。焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用,而發生組織和性能變化,這一區域被稱爲熱影響區。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同,焊後在焊縫和熱影響區可能産生過熱、脆化、淬硬或軟化現象,也使焊件性能下降,惡化焊接性。這就需要調整焊接條件,焊前對焊件接口處預熱、焊時保溫和焊後熱處理可以改善焊件的焊接質量。

  二、不鏽鋼管焊接技術種類

  采用的焊接工藝:采用小規範可防止晶間腐蝕、熱裂紋及變形的産生,焊接電流比低碳鋼低20%;爲保證電弧穩定燃燒,采用直流反接;短弧焊收弧要慢,填滿弧坑,與介質接觸的面最後焊接;多層焊時要控制層間溫度,焊後可采取強制冷卻;不要在坡口以外的地方起弧,地線要接好;焊後變形只能用冷加工矯正。

  1) 氩弧焊

  不鏽鋼采用氩弧焊時,由于保護作用好,合金元素不易燒損,過渡系數較高,故焊縫成形好,沒有渣殼,表面光潔,因此焊成的接頭具有較高的耐熱性和良好的力學性能。目前在氩弧焊中應用較廣的是手工鎢極氩弧焊,用于焊接0.5~3mm的不鏽鋼薄板,焊絲的成分一般與焊件相同,保護氣體一般采用工業純氩氣,焊接時速度應適當地快些,盡量避免橫向擺動。對于厚度大于3mm的不鏽鋼,可采用熔化極氩弧焊。熔化極氩弧焊的優點是生産率高,焊縫的熱影響區小,焊件的變形小和耐腐蝕性好,並易于自動化操作。

  2) 气焊

  由于氣焊方便靈活,可焊各種空間位置的焊縫,對一些薄板結構和薄壁管等不鏽鋼部件,在沒有耐腐蝕要求下有時可采用氣焊。爲防止過熱,焊嘴一般比焊接同樣厚度的低碳鋼時要小,氣焊火焰要使用中性焰,焊絲根據焊件成分和性能選擇,氣焊粉用氣劑101,焊接時最好用左焊法,焊接時焊炬焊嘴與焊件傾角成40~50°,焰芯距熔池應不小于2mm,焊絲端頭與熔池接觸,並與火焰一起沿焊縫移動,焊炬不作橫向擺動,焊速要快,並盡量避免中斷。

  3) 埋弧焊

  埋弧焊適用于中等厚度以上的不鏽鋼板(6~50mm)的焊接,采用埋弧焊生産率高,焊縫質量好,但易引起合金元素及雜質的偏析。

  4) 手工焊

  手工焊是一種非常普遍的、易于使用的焊接方法.電弧的長度靠人的手進行調節,它決定于電焊條和工件之間縫隙的大小.同時,當作爲電弧載體時,電焊條也是焊縫填充材料。

  這種焊接方法很簡單,可以用來焊接幾乎所有材料.對于室外使用,它有很好的適應性,即使在水下使用也沒問題.大多數電焊機可以TIG焊接.在電極焊中,電弧長度決定于人的手:當你改變電極與工件的縫隙時,你也改變了電弧的長度.在大多數情況下,焊接采用直流電,電極既作爲電弧載體,同時也作爲焊縫填充材料.電極由合金或非合金金屬芯絲和焊條藥皮組成.這層藥皮保護焊縫不受空氣的侵害,同時穩定電弧.它還引起渣層的形成,保護焊縫使它成型.電焊條即可是钛型焊條,也可是緘性的,這決定于藥皮的厚度和成分.钛型焊條易于焊接,焊縫扁平美觀.此外,焊渣易于去除.如果焊條貯存時間長,必須重新烘烤.因爲來自空氣的潮氣會很快在焊條中積聚。

  5) MIG/MAG焊接

  這是一種自動氣體保護電弧焊接方法.在這種方法中,電弧在保護氣體屏蔽下在電流載體金屬絲和工件之間燒接.機器送入的金屬絲作爲焊條,在自身電弧下融化.由于MIG/MAG焊接法的通用性和特殊性的優點,至今她仍然是世界上最爲廣泛的焊接方法.它使用于鋼、非合金鋼、低合金鋼和高合金爲基的材料.這使得它成爲理想的生産和修複的焊接方法.當焊接鋼時,MAG可以滿足只有0.6mm厚的薄規格鋼板的要求.這裏使用的保護氣體是活性氣體,如二氧化碳或混合氣體.唯一的限制是當進行室外焊接時,必須保護工件不受潮,以保持氣體的效果。

  6) TIG焊接

  電弧在難熔的鎢電焊絲和工件之間産生.這裏使用的保護氣體是純氩氣,送入的焊絲不帶電.焊絲既可以手送,也可以機械送.也有一些特定用途不需要送入焊絲.被焊接的材料決定了是采用直流電還是交流電.采用直流電時,鎢電焊絲設定爲負極.因爲它有很深的焊透能力,對于不同種類的鋼是很合適的,但對焊縫熔池沒有任何“清潔作用”。

  三、不鏽鋼焊接工藝檢驗方法

  焊接檢驗內容包括從圖紙設計到産品制出整個生産過程中所使用的材料、工具、設備、工藝過程和成品質量的檢驗,分爲三個階段:焊前檢驗、焊接過程中的檢驗、焊後成品的檢驗。檢驗方法根據對産品是否造成損傷可分爲破壞性檢驗和無損探傷兩類。

  1)焊前檢驗

  焊前檢驗包括原材料(如母材、焊條、焊劑等)的檢驗、焊接結構設計的檢查等。

  2)焊接過程中的檢驗

  包括焊接工藝規範的檢驗、焊縫尺寸的檢查、夾具情況和結構裝配質量的檢查等。

  3)焊後成品的檢驗

  焊後成品檢驗的方法很多,常用的有以下幾種:

  1、外觀檢驗

  焊接接頭的外觀檢驗是一種手續簡便而又應用廣泛的檢驗方法,是成品檢驗的一個重要內容,主要是發現焊縫表面的缺陷和尺寸上的偏差。一般通過肉眼觀察,借助標准樣板、量規和放大鏡等工具進行檢驗。若焊縫表面出現缺陷,焊縫內部便有存在缺陷的可能。

  2、致密性檢驗

  貯存液體或氣體的焊接容器,其焊縫的不致密缺陷,如貫穿性的裂紋、氣孔、夾渣、未焊透和疏松組織等,可用致密性試驗來發現。致密性檢驗方法有:煤油試驗、載水試驗、水沖試驗等。

  3、受壓容器的強度檢驗

  受壓容器,除進行密封性試驗外,還要進行強度試驗。常見有水壓試驗和氣壓試驗兩種,它們都能檢驗在壓力下工作的容器和管道的焊縫致密性,氣壓試驗比水壓試驗更爲靈敏和迅速,同時試驗後的産品不用排水處理,對于排水困難的産品尤爲適用,但試驗的危險性比水壓試驗大,進行試驗時,必須遵守相應的安全技術措施,以防試驗過程中發生事故。

  4、物理方法的檢驗

  物理的檢驗方法是利用一些物理現象進行測定或檢驗的方法。材料或工件內部缺陷情況的檢查,一般都是采用無損探傷的方法。目前的無損探傷有超聲波探傷、射線探傷、滲透探傷、磁力探傷等。

  ① 射线探伤

  射線探傷是利用射線可穿透物質和在物質中有衰減的特性來發現缺陷的一種探傷方法。按探傷所使用的射線不同,可分爲X射線探傷、γ射線探傷、高能射線探傷三種。由于其顯示缺陷的方法不同,每種射線探傷都又分電離法、熒光屏觀察法、照相法和工業電視法。射線檢驗主要用于檢驗焊縫內部的裂紋、未焊透、氣孔、夾渣等缺陷。

  ② 超声波探伤

  超聲波在金屬及其它均勻介質傳播中,由于在不同介質的界面上會産生反射,因此可用于內部缺陷的檢驗。超聲波可以檢驗任何焊件材料、任何部位的缺陷,並且能較靈敏地發現缺陷位置,但對缺陷的性質、形狀和大小較難確定。所以超聲波探傷常與射線檢驗配合使用。

  ③磁力檢驗

  磁力檢驗是利用磁場磁化鐵磁金屬零件所産生的漏磁來發現缺陷的,按測量漏磁方法的不同,可分爲磁粉法、磁感應法和磁性記錄法,其中以磁粉法應用最廣。

  磁力探傷只能發現磁性金屬表面和近表面的缺陷,而且對缺陷僅能做定量分析,對于缺陷的性質和深度也只能根據經驗來估計。

  ④滲透檢驗

  滲透檢驗是利用某些液體的滲透性等物理特性來發現和顯示缺陷的,包括著色檢驗和熒光探傷兩種,可用來檢查鐵磁性和非鐵磁性材料表面的缺陷。

  四、不鏽鋼焊接要點及注意事項

  1.采用垂直外特性的電源,直流時采用正極性(焊絲接負極)

  2.一般適合于6mm以下薄板的焊接,具有焊縫成型美觀,焊接變形量小的特點

  3.保護氣體爲氩氣,純度爲99.99%。當焊接電流爲50~150A時,氩氣流量爲8~10L/min,當電流爲150~250A時,氩氣流量爲12~15L/min。

  4.鎢極從氣體噴嘴突出的長度,以4~5mm爲佳,,在角焊等遮蔽性差的地方是2~3mm,在開槽深的地方是5~6mm,噴嘴至工作的距離一般不超過15mm。

  5.爲防止焊接氣孔之出現,焊接部位如有鐵鏽、油汙等務必清理幹淨。

  6.焊接電弧長度,焊接普通鋼時,以2~4mm爲佳,而焊接不鏽鋼時,以1~3mm爲佳,過長則保護效果不好。

  7.對接打底時,爲防止底層焊道的背面被氧化,背面也需要實施氣體保護。

  8.爲使氩氣很好地保護焊接熔池,和便于施焊操作,鎢極中心線與焊接處工件一般應保持80~85°角,填充焊絲與工件表面夾角應盡可能地小,一般爲10°左右。

  9.防風與換氣。有風的地方,務請采取擋網的措施,而在室內則應采取適當的換氣措施。

  五、不鏽鋼鋼焊接操作作要求

  結合多個大型項目的施工實踐。編制過包括管道、儲罐、塔式容器、鋼結構等施工組織設計或施工方案。通過這些施工組織設計在工程中的實施,使自己積累了一些經驗,並對不鏽鋼這種材質的焊接有了進一步認識。現結合管道施工。針對不鏽鋼在焊接中的技術管理和質量控制,談幾點體會。

  1.確定焊接工藝

  不鏽鋼的牌號非常多。按合金成分可分爲鉻系不鏽鋼和鉻鎳不鏽鋼。按不鏽鋼的金屬組織可分爲奧氏型、鐵素體型、馬氏體型等。而在施工中最常用的是奧氏體型,如:0Crl9Ni9、1Crl8Ni9Ti等。奧氏體型不鏽鋼的焊接性比較好,相對比較容易焊接,焊接接頭即使在焊態也具有較高的韌性。但與普通碳素鋼相比,其導熱率約爲碳鋼的1/3,膨脹系數卻比碳鋼大1.5倍。由于奧氏體不鏽鋼具有較低的導熱率和較高的膨脹系數,這樣在焊接過程中會産生較大的變形和應變。所以焊接質量主要取決于焊接工藝是否與母材相適應。爲此在確定焊接工藝時,必須從以下方面進行考慮。

  焊接方法的選擇不鏽鋼常用的焊接方法有手工電弧焊、氣體保護焊及自動埋弧焊。主要是根據設計的介質參數、施工條件和操作環境、以及施工成本等確定。在工藝管道施工中,因管徑大小不等,且管道上閥門、管件較多,使得焊口位置變化較複雜。所以一般均采用手工電弧焊。對于輸送易燃、易爆或介質有一定潔淨度要求的管道,通常采用氩弧焊打底。手工電弧焊蓋面的方式焊接,以提高焊縫的內在質量。焊接材料的選擇不鏽鋼焊條分爲鉻不鏽鋼焊條(牌號爲“G”字頭)和鉻鎳不鏽鋼焊條(牌號爲“A”字頭)。鉻不鏽鋼焊條主要用于馬氏體型不鏽鋼焊接。焊條的選擇主要從母材的化學成分、管道介質溫度和壓力、焊機電流(交流或直流)、焊接方法以及焊接時的環境溫度等多方面考慮。一般來說,通過選擇確認,會有多個牌號的焊條能夠滿足焊接要求。這時可根據焊條的性價比擇優選用。

  焊縫坡口形式的選擇設計單位通常根據焊縫的受力情況。在施工圖中注明坡口形式采用相應的規範或標准。而常用的規範或標准中沒有根據母材和焊材的不同對坡口尺寸進行細分。只是依據母材厚度和焊接方法來確定的。但實際上不同的母材和焊材在焊接時對坡口尺寸的要求是不同的。這是因爲,材質的化學成分和物理特性不同,其施焊時的穿透力(熔深)也不盡相同。所以在施工時一定要根據具體的材質,調整坡口的對口間隙、鈍邊、坡口角度。如果坡口尺寸過大,不僅會提高施工成本,還會使焊縫應力過大,易變形和産生裂紋;而坡口尺寸過小,則容易出現未焊透、夾渣等質量缺陷。在采用手工電弧焊進行作業時,因不鏽鋼比碳鋼焊條的穿透力小。所以坡口角度及對口間隙應適當增大。可按規範給定的正偏差值進行控制,或通過試焊來確定。

  焊接電流的選擇奧氏體不鏽鋼的比電阻比碳鋼的大了近5倍。因此焊條在施焊時很容易過熱、燒紅。而使用大電流將引起焊條過熱和藥皮中有效成分的燒損,使焊縫保護不良容易引發缺陷,同時也得不到預期的焊縫金屬成分,所以焊接電流不宜過大。一般選用較小的焊接電流爲宜。

  2.要充分做好焊前准備

  焊接作業前。要進行有針對性的准備。這種准備是保證焊接質量的重要組成部分。其內容主要從以下三方面考慮:

  焊接操作者技能的確認從事焊接作業的焊工必須持證上崗,並要嚴格按操作證上注明的允許施焊項目進行作業。

  焊工最好有二年以上的不鏽鋼或鉻钼鋼的焊接經驗,焊接材料的管理焊條在使用前,要按使用說明書規定進行烘焙(如無規定,則一般按烘幹溫度150~200℃,烘幹時間1h進行處理),烘焙必須使用可控溫的專用烘幹箱,用多少烘多少,隨用隨取,烘幹後的焊條應放在保溫筒內使用。外露超過2h應重新烘焙。重複不宜超過3次。

  不鏽鋼管坡口可采用機械加工或等離子切割在施焊前,應先清除坡口處的氧化層及毛刺等,爲了便于清除焊後飛濺,可先在焊縫兩側50mm範圍內,塗刷白垩粉漿,焊後再將其清除,由于不鏽鋼與碳鋼接觸會産生“滲碳”現象,所在焊道及飛濺清理時,必須使用專用砂輪和不鏽鋼刷子。

  3.預防變形和裂紋的産生

  預防變形由于奧氏體不鏽鋼有大的膨脹系數和小的導熱率,致使不鏽鋼在焊接時,容易出現較大的焊接變形。所以在組對時,要根據不同位置的焊縫,使用不同類型的防變形卡具,定位焊和固定焊的位置應比一般碳鋼間距小,焊接人時,應合理確定焊接順序。如大管徑可二人同時按同一方向對稱施焊等。母材大于8mm厚時,焊道應多層施焊,並以小線能量施焊,焊接采用焊件接負極的“反接”法,以降低焊件溫度防止裂紋,焊條烘焙後,要使用保溫筒盛裝,施焊環境溫度宜在0℃以上,且不宜在施焊過程中發生幅度較大的波動,當溫度低于O℃時.焊接應進行預熱處理,預熱溫度爲80~100℃。引弧采用後退法在坡13內引弧,切不可在母材上引弧,運條采用向前拉,不擺動的直線運條法,在立焊時如必須進行橫向擺動,擺動幅度應盡量減少,過分的橫向擺動容易造成熱裂紋和保護不良,弧長應盡量保持短弧,長電弧不僅會引起合金成分的燒損,而且可能會由于空氣中氮氣的侵人造成鐵素體的減少引發熱裂紋,收弧時應將弧坑填滿,尤其是定位焊更容易忽視填滿弧坑,凹陷的弧坑是很難避免熱裂紋發生的。