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史上最全的不锈钢焊接工艺

来源:株洲精瑞 发表时间:2016-04-12点击量:
不锈钢焊接工艺技术要点
 
不锈钢焊管是在焊管成型机上,由不锈钢板经若干道模具碾压成型并经焊接而成。由于不锈钢的强度较高,且其结构为面心立方晶格,易形成加工硬化,使焊管成型时:一方面模具要承受较大的摩擦力,使模具容易磨损;另一方面,不锈钢板料易与模具表面形成粘结(咬合),使焊管及模具表面形成拉伤。因此,好的不锈钢成型模具必须具备极高的耐磨和抗粘结(咬合)性能。我们对进口焊管模具的分析表明,该类模具的表面处理都是采用超硬金属碳化物或氮化物覆层处理。
 
激光焊接、高频焊接与传统的熔化焊接相比具有焊接速度快、能量密度高、热输入小的特点,因此热影响区窄、晶粒长大程度小、焊接变形小、冷加工成形性能好,容易实现自动化焊接、厚板单道一次焊透,其中最重要的特点是Ⅰ形坡口对接焊不需要填充材料。
 
焊接技术主要应用在金属母材上,常用的有电弧焊,氩弧焊,CO2保护焊,氧气-乙炔焊,激光焊接,电渣压力焊等多种,塑料等非金属材料亦可进行焊接。 金属焊接方法有40种以上,主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。
 
熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态,不加压力完成焊接的方法。熔焊时,热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化,形成熔池。熔池随热源向前移动,冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。
 
在熔焊过程中,如果大气与高温的熔池直接接触,大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池,还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,恶化焊缝的质量和性能。
 
压焊是在加压条件下,使两工件在固态下实现原子间结合,又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊,当电流通过两工件的连接端时,该处因电阻很大而温度上升,当加热至塑性状态时,在轴向压力作用下连接成为一体。
 
各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程,因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损,和有害元素侵入焊缝的问题,从而简化了焊接过程,也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短,因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料,往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。
 
钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料,将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度,利用液态钎料润湿工件,填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散,从而实现焊接的方法。
 
焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用,而发生组织和性能变化,这一区域被称为热影响区。焊接时因工件材料焊接材料、焊接电流等不同,焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、淬硬或软化现象,也使焊件性能下降,恶化焊接性。这就需要调整焊接条件,焊前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。
 
不锈钢管焊接技术种类
 
采用的焊接工艺:采用小规范可防止晶间腐蚀、热裂纹及变形的产生,焊接电流比低碳钢低20%;为保证电弧稳定燃烧,采用直流反接;短弧焊收弧要慢,填满弧坑,与介质接触的面最后焊接;多层焊时要控制层间温度,焊后可采取强制冷却;不要在坡口以外的地方起弧,地线要接好;焊后变形只能用冷加工矫正。
 
1) 氩弧焊
不锈钢采用氩弧焊时,由于保护作用好,合金元素不易烧损,过渡系数较高,故焊缝成形好,没有渣壳,表面光洁,因此焊成的接头具有较高的耐热性和良好的力学性能。目前在氩弧焊中应用较广的是手工钨极氩弧焊,用于焊接0.5~3mm的不锈钢薄板,焊丝的成分一般与焊件相同,保护气体一般采用工业纯氩气,焊接时速度应适当地快些,尽量避免横向摆动。对于厚度大于3mm的不锈钢,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,并易于自动化操作。
 
2) 气焊
由于气焊方便灵活,可焊各种空间位置的焊缝,对一些薄板结构和薄壁管等不锈钢部件,在没有耐腐蚀要求下有时可采用气焊。为防止过热,焊嘴一般比焊接同样厚度的低碳钢时要小,气焊火焰要使用中性焰,焊丝根据焊件成分和性能选择,气焊粉用气剂101,焊接时最好用左焊法,焊接时焊炬焊嘴与焊件倾角成 40~50°,焰芯距熔池应不小于2mm,焊丝端头与熔池接触,并与火焰一起沿焊缝移动,焊炬不作横向摆动,焊速要快,并尽量避免中断。
 
3) 埋弧焊
 
埋弧焊适用于中等厚度以上的不锈钢板(6~50mm)的焊接,采用埋弧焊生产率高,焊缝质量好,但易引起合金元素及杂质的偏析。
 
4) 手工焊
 
手工焊是一种非常普遍的、易于使用的焊接方法.电弧的长度靠人的手进行调节,它决定于电焊条和工件之间缝隙的大小.同时,当作为电弧载体时,电焊条也是焊缝填充材料。
 
这种焊接方法很简单,可以用来焊接几乎所有材料.对于室外使用,它有很好的适应性,即使在水下使用也没问题.大多数电焊机可以TIG焊接.在电极焊中,电弧长度决定于人的手:当你改变电极与工件的缝隙时,你也改变了电弧的长度.在大多数情况下,焊接采用直流电,电极既作为电弧载体,同时也作为焊缝填充材料.电极由合金或非合金金属芯丝和焊条药皮组成.这层药皮保护焊缝不受空气的侵害,同时稳定电弧.它还引起渣层的形成,保护焊缝使它成型.电焊条即可是钛型焊条,也可是缄性的,这决定于药皮的厚度和成分.钛型焊条易于焊接,焊缝扁平美观.此外,焊渣易于去除.如果焊条贮存时间长,必须重新烘烤.因为来自空气的潮气会很快在焊条中积聚。
 
5) MIG/MAG焊接
 
这是一种自动气体保护电弧焊接方法.在这种方法中,电弧在保护气体屏蔽下在电流载体金属丝和工件之间烧接.机器送入的金属丝作为焊条,在自身电弧下融化.由于MIG/MAG焊接法的通用性和特殊性的优点,至今她仍然是世界上最为广泛的焊接方法.它使用于钢、非合金钢、低合金钢和高合金为基的材料.这使得它成为理想的生产和修复的焊接方法.当焊接钢时,MAG可以满足只有0.6mm厚的薄规格钢板的要求.这里使用的保护气体是活性气体,如二氧化碳或混合气体.唯一的限制是当进行室外焊接时,必须保护工件不受潮,以保持气体的效果。
 
6) TIG焊接
 
电弧在难熔的钨电焊丝和工件之间产生.这里使用的保护气体是纯氩气,送入的焊丝不带电.焊丝既可以手送,也可以机械送.也有一些特定用途不需要送入焊丝.被焊接的材料决定了是采用直流电还是交流电.采用直流电时,钨电焊丝设定为负极.因为它有很深的焊透能力,对于不同种类的钢是很合适的,但对焊缝熔池没有任何“清洁作用”。
 
不锈钢焊接工艺检验方法
 
焊接检验内容包括从图纸设计到产品制出整个生产过程中所使用的材料、工具、设备、工艺过程和成品质量的检验,分为三个阶段:焊前检验、焊接过程中的检验、焊后成品的检验。检验方法根据对产品是否造成损伤可分为破坏性检验和无损探伤两类。
 
1)焊前检验
 
焊前检验包括原材料(如母材、焊条、焊剂等)的检验、焊接结构设计的检查等。
 
2)焊接过程中的检验
 
包括焊接工艺规范的检验、焊缝尺寸的检查、夹具情况和结构装配质量的检查等。
 
3)焊后成品的检验
 
焊后成品检验的方法很多,常用的有以下几种: 
 
外观检验
焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法,是成品检验的一个重要内容,主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏差。一般通过肉眼观察,借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检验。若焊缝表面出现缺陷,焊缝内部便有存在缺陷的可能。
 
致密性检验
贮存液体或气体的焊接容器,其焊缝的不致密缺陷,如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透和疏松组织等,可用致密性试验来发现。致密性检验方法有:煤油试验、载水试验、水冲试验等。
 
受压容器的强度检验
受压容器,除进行密封性试验外,还要进行强度试验。常见有水压试验和气压试验两种。它们都能检验在压力下工作的容器和管道的焊缝致密性。气压试验比水压试验更为灵敏和迅速,同时试验后的产品不用排水处理,对于排水困难的产品尤为适用。但试验的危险性比水压试验大。进行试验时,必须遵守相应的安全技术措施,以防试验过程中发生事故。
 
物理方法的检验
物理的检验方法是利用一些物理现象进行测定或检验的方法。材料或工件内部缺陷情况的检查,一般都是采用无损探伤的方法。目前的无损探伤有超声波探伤、射线探伤、渗透探伤、磁力探伤等。
 
① 射线探伤
射线探伤是利用射线可穿透物质和在物质中有衰减的特性来发现缺陷的一种探伤方法。按探伤所使用的射线不同,可分为X射线探伤、γ射线探伤、高能射线探伤三种。由于其显示缺陷的方法不同,每种射线探伤都又分电离法、荧光屏观察法、照相法和工业电视法。射线检验主要用于检验焊缝内部的裂纹、未焊透、气孔、夹渣等缺陷。
 
② 超声波探伤
超声波在金属及其它均匀介质传播中,由于在不同介质的界面上会产生反射,因此可用于内部缺陷的检验。超声波可以检验任何焊件材料、任何部位的缺陷,并且能较灵敏地发现缺陷位置,但对缺陷的性质、形状和大小较难确定。所以超声波探伤常与射线检验配合使用。
 
③磁力检验
磁力检验是利用磁场磁化铁磁金属零件所产生的漏磁来发现缺陷的。按测量漏磁方法的不同,可分为磁粉法、磁感应法和磁性记录法,其中以磁粉法应用最广。
 
磁力探伤只能发现磁性金属表面和近表面的缺陷,而且对缺陷仅能做定量分析,对于缺陷的性质和深度也只能根据经验来估计。
 
④渗透检验
渗透检验是利用某些液体的渗透性等物理特性来发现和显示缺陷的,包括着色检验和荧光探伤两种,可用来检查铁磁性和非铁磁性材料表面的缺陷。
 
不锈钢焊接要点及注意事项
 
1.采用垂直外特性的电源,直流时采用正极性(焊丝接负极)
2.一般适合于6mm以下薄板的焊接,具有焊缝成型美观,焊接变形量小的特点
3.保护气体为氩气,纯度为99.99%。当焊接电流为50~150A时,氩气流量为8~10L/min,当电流为150~250A时,氩气流量为12~15L/min。
4.钨极从气体喷嘴突出的长度,以4~5mm为佳,,在角焊等遮蔽性差的地方是2~3mm,在开槽深的地方是5~6mm,喷嘴至工作的距离一般不超过15mm。
5.为防止焊接气孔之出现,焊接部位如有铁锈、油污等务必清理干净。
6.焊接电弧长度,焊接普通钢时,以2~4mm为佳,而焊接不锈钢时,以1~3mm为佳,过长则保护效果不好。
7.对接打底时,为防止底层焊道的背面被氧化,背面也需要实施气体保护。
8.为使氩气很好地保护焊接熔池,和便于施焊操作,钨极中心线与焊接处工件一般应保持80~85°角,填充焊丝与工件表面夹角应尽可能地小,一般为10°左右。
9.防风与换气。有风的地方,务请采取挡网的措施,而在室内则应采取适当的换气措施。
 
不锈钢钢焊接操作作要求
结合多个大型项目的施工实践。编制过包括管道、储罐、塔式容器、钢结构等施工组织设计或施工方案。通过这些施工组织设计在工程中的实施,使自己积累了一些经验,并对不锈钢这种材质的焊接有了进一步认识。现结合管道施工。针对不锈钢在焊接中的技术管理和质量控制,谈几点体会。
1.确定焊接工艺
 
不锈钢的牌号非常多。按合金成分可分为铬系不锈钢和铬镍不锈钢。按不锈钢的金属组织可分为奥氏型、铁素体型、马氏体型等。而在施工中最常用的是奥氏体型,如:0Crl9Ni9、1Crl8Ni9Ti等。奥氏体型不锈钢的焊接性比较好,相对比较容易焊接,焊接接头即使在焊态也具有较高的韧性。但与普通碳素钢相比,其导热率约为碳钢的1/3,膨胀系数却比碳钢大1.5倍。由于奥氏体不锈钢具有较低的导热率和较高的膨胀系数,这样在焊接过程中会产生较大的变形和应变。所以焊接质量主要取决于焊接工艺是否与母材相适应。为此在确定焊接工艺时,必须从以下方面进行考虑。
 
焊接方法的选择不锈钢常用的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊及自动埋弧焊。主要是根据设计的介质参数、施工条件和操作环境、以及施工成本等确定。在工艺管道施工中,因管径大小不等,且管道上阀门、管件较多,使得焊口位置变化较复杂。所以一般均采用手工电弧焊。对于输送易燃、易爆或介质有一定洁净度要求的管道,通常采用氩弧焊打底。手工电弧焊盖面的方式焊接,以提高焊缝的内在质量。焊接材料的选择不锈钢焊条分为铬不锈钢焊条(牌号为“G”字头)和铬镍不锈钢焊条(牌号为“A”字头)。铬不锈钢焊条主要用于马氏体型不锈钢焊接。焊条的选择主要从母材的化学成分、管道介质温度和压力、焊机电流(交流或直流)、焊接方法以及焊接时的环境温度等多方面考虑。一般来说,通过选择确认,会有多个牌号的焊条能够满足焊接要求。这时可根据焊条的性价比择优选用。
 
焊缝坡口形式的选择设计单位通常根据焊缝的受力情况。在施工图中注明坡口形式采用相应的规范或标准。而常用的规范或标准中没有根据母材和焊材的不同对坡口尺寸进行细分。只是依据母材厚度和焊接方法来确定的。但实际上不同的母材和焊材在焊接时对坡口尺寸的要求是不同的。这是因为,材质的化学成分和物理特性不同,其施焊时的穿透力(熔深)也不尽相同。所以在施工时一定要根据具体的材质,调整坡口的对口间隙、钝边、坡口角度。如果坡口尺寸过大,不仅会提高施工成本,还会使焊缝应力过大,易变形和产生裂纹;而坡口尺寸过小,则容易出现未焊透、夹渣等质量缺陷。在采用手工电弧焊进行作业时,因不锈钢比碳钢焊条的穿透力小。所以坡口角度及对口间隙应适当增大。可按规范给定的正偏差值进行控制,或通过试焊来确定。
 
焊接电流的选择奥氏体不锈钢的比电阻比碳钢的大了近5倍。因此焊条在施焊时很容易过热、烧红。而使用大电流将引起焊条过热和药皮中有效成分的烧损,使焊缝保护不良容易引发缺陷,同时也得不到预期的焊缝金属成分,所以焊接电流不宜过大。一般选用较小的焊接电流为宜。
2.要充分做好焊前准备
焊接作业前。要进行有针对性的准备。这种准备是保证焊接质量的重要组成部分。其内容主要从以下三方面考虑:
焊接操作者技能的确认从事焊接作业的焊工必须持证上岗,并要严格按操作证上注明的允许施焊项目进行作业。焊工最好有二年以上的不锈钢或铬钼钢的焊接经验。焊接材料的管理焊条在使用前,要按使用说明书规定进行烘焙(如无规定,则一般按烘干温度150~200℃,烘干时间1h进行处理)。烘焙必须使用可控温的专用烘干箱。用多少烘多少,随用随取。烘干后的焊条应放在保温筒内使用。外露超过2h应重新烘焙。重复不宜超过3次。不锈钢管坡口可采用机械加工或等离子切割在施焊前。应先清除坡口处的氧化层及毛刺等。为了便于清除焊后飞溅,可先在焊缝两侧50mm范围内,涂刷白垩粉浆,焊后再将其清除。由于不锈钢与碳钢接触会产生“渗碳”现象,所在焊道及飞溅清理时,必须使用专用砂轮和不锈钢刷子。
 
3.预防变形和裂纹的产生
 
预防变形由于奥氏体不锈钢有大的膨胀系数和小的导热率,致使不锈钢在焊接时,容易出现较大的焊接变形。所以在组对时,要根据不同位置的焊缝,使用不同类型的防变形卡具,定位焊和固定焊的位置应比一般碳钢间距小。焊接人时,应合理确定焊接顺序。如大管径可二人同时按同一方向对称施焊等。母材大于8mm厚时。焊道应多层施焊,并以小线能量施焊。焊接采用焊件接负极的“反接”法,以降低焊件温度。
 
防止裂纹。焊条烘焙后。要使用保温筒盛装。施焊环境温度宜在0℃以上,且不宜在施焊过程中发生幅度较大的波动。当温度低于O℃时.焊接应进行预热处理,预热温度为80~100℃。引弧采用后退法在坡13内引弧,切不可在母材上引弧。运条采用向前拉,不摆动的直线运条法。在立焊时如必须进行横向摆动,摆动幅度应尽量减少,过分的横向摆动容易造成热裂纹和保护不良。弧长应尽量保持短弧,长电弧不仅会引起合金成分的烧损,而且可能会由于空气中氮气的侵人造成铁素体的减少引发热裂纹。收弧时应将弧坑填满。尤其是定位焊更容易忽视填满弧坑,凹陷的弧坑是很难避免热裂纹发生的。
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