不銹鋼管內(nèi)充氮保護(hù)的TIG焊工藝

1、奧氏體不銹鋼管內(nèi)充氮保護(hù)的TIG焊工藝摘要在丘陵120Xl04Nr3/d氣體處理裝置工程中，采用價(jià)格低廉的氮?dú)獯驽瓪獬淙?Crl8Ni10Ti不銹鋼管內(nèi)進(jìn)行的TIG焊工藝試驗(yàn)表明：不銹鋼敏弧焊焊縫背面充氮保護(hù)可有效防止焊縫背面氧化，氮無(wú)明顯的溶入反應(yīng)，對(duì)焊縫的組織和性能無(wú)不利影響，焊接質(zhì)量可滿足工程需要，且比充敏保護(hù)降低成本30%以上。主題詞不銹綱焊接氣體保護(hù)工藝試驗(yàn)1、序言鴇極敏弧焊（以下簡(jiǎn)稱TIG焊）由于易獲得高質(zhì)量的焊縫，尤其能獲得優(yōu)良的單面焊雙面成形焊縫，在石油化工及電力建設(shè)等施工中得到了廣泛的應(yīng)用。但在用于不銹鋼等高合金鋼焊接時(shí)，焊縫背面必須進(jìn)行充敏保護(hù)。由于鼠氣價(jià)格昂貴，往往造成

2、焊接成本的較大提高，工程實(shí)踐表明， 用于焊縫背面保護(hù)的用氣量占整個(gè)TIG焊接用氣量的60%80%。 因此，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相繼開(kāi)發(fā)了背面保護(hù)軟墊、背面保護(hù)焊劑、藥芯焊絲等保護(hù)工藝，但在使用中仍存在價(jià)格昂貴，使用不便等一些問(wèn)題，影響了推廣應(yīng)用。氮是一種惰性氣體，某些特性與鼠接近，且來(lái)源較廣，價(jià)格僅為鼠的5%-10%,工程中以氮代鼠進(jìn)行不銹鋼T1G焊的焊縫背面保護(hù)無(wú)疑對(duì)降低施工成本具有重要價(jià)值。 我們對(duì)0Cr18Ni10Ti鋼管進(jìn)行焊縫背面充氮保護(hù)工藝試驗(yàn)，研究管內(nèi)充氮對(duì)焊接過(guò)程的影響，提出充氮保護(hù)工藝的可行性，并找出適合生產(chǎn)需要的管內(nèi)充氮的T1G焊工藝參數(shù)2充氮保護(hù)TIG焊工藝試驗(yàn)2.1試驗(yàn)條件選用

3、0Cr18Ni10Ti無(wú)縫鋼管， 規(guī)格114X6,焊絲牌號(hào)HO0Cr2lNi10,直徑2.5mm焊絲及母材的化學(xué)成分見(jiàn)表1。選用直徑2.5mm的鈾鴇極，瀛氣為工業(yè)一級(jí)純純度 n99.95%,含水量 w50mg/n3;氮?dú)鉃楣I(yè)一級(jí)純氮，純度 n99.5%,含水量 w50mg/n3o焊縫背面采用管內(nèi)整體充氮方法，充氣參數(shù)的選擇符合下式：U=1-e-kn99.9%式中u一充氮區(qū)域內(nèi)氮濃度e一自然對(duì)數(shù)的底K一充裝系數(shù)，K=(yAQ充氣量A一充氣區(qū)域容積焊前采用化學(xué)方法或機(jī)械方法將不銹鋼焊件坡口附近及焊材表面的油污清理干凈 ， 然 后 用 不 含 硫 的 丙 酮 或 乙 醇 進(jìn) 行 脫 脂 處 理 。

4、表1焊絲、母材及焊縫的化學(xué)成分項(xiàng)目CMnSiSPCrNiTi母材0.051.350.730.0060.02917.849.650.28焊絲0.051.680.590.0190.02118.669.650.10充鼠焊縫0.061.590.450.0090.01718.269.420.17充氮焊縫0.051.370.450.0100.03218.269.370.172.2工藝性能試驗(yàn)用正交試驗(yàn)法優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，確定選表2所列參數(shù)焊制試件(一組包括三個(gè)試件， 預(yù)充氣10min后施焊)， 焊后進(jìn)行焊縫外觀及射線探傷檢驗(yàn)，結(jié)果X射線探傷檢驗(yàn)全為I級(jí)(按JB4730-94標(biāo)準(zhǔn))，焊縫根部成形良好，無(wú)氧化

5、夾渣、 無(wú)根部熔合不良及焊瘤等現(xiàn)象， 焊縫背面顏色為金屬本色銀白色。表2焊接工藝參數(shù)表試件編號(hào)焊接電流(A)焊接電壓(V)焊接速度(cm/min)止而保護(hù)氣流里：(L/min)背面保護(hù)氣流量(L/min)充氮18012-144-58-123-5210012-144-58-128-1238012-144-58-123-5410012-144-58-128-12充氮580112-144-58-123-568012-144-58-128-123、試驗(yàn)結(jié)果3.1焊縫的化學(xué)成分及力學(xué)性能焊縫的化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。工程中不銹鋼管主要在低溫條件下使用，我們對(duì)焊接接頭按照GB2651-89焊接接頭拉伸試驗(yàn)

6、方法、GB2653-89焊接接頭彎曲及壓扁試驗(yàn)方法、GB2650-89焊接接頭沖擊試驗(yàn)方法規(guī)定進(jìn)行了的力學(xué)性能試驗(yàn)，結(jié)果表明：所有接頭拉伸試驗(yàn)均斷于母材，。b為508-596Mpa;彎曲無(wú)裂紋： 焊縫沖擊功60J,且充氮保護(hù)與充敏保護(hù)焊縫的沖擊功無(wú)明顯的差別；按照GB4334.5-85不銹鋼硫酸一硫酸銅腐蝕試驗(yàn)方法”進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)， 晶間腐蝕試樣經(jīng)16h煮沸后進(jìn)行180彎曲(沿熔合線)， 用10倍放大鏡檢查無(wú)裂紋，結(jié)果全部合格3.2焊縫中5鐵素體和氮、氧含量測(cè)定用磁性鐵素體測(cè)定儀根據(jù)GB1954-80銘銀奧氏體不銹鋼焊縫鐵素體測(cè)量方法”測(cè)定焊縫中的S鐵素體含量，用紅外線吸收分析儀測(cè)定焊縫中的

7、氧、氮含量，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出：背面充氮保護(hù)焊縫與背面充瀛保護(hù)焊縫中的氧、氮含量接近，且焊接電流及背面充氣流量的變化未引起焊縫中的氧、氮較明顯的規(guī)律性變化。 由此可見(jiàn)， 焊縫背面充氮保護(hù)對(duì)縫中的氧、 氮含量影響很小，焊縫金屬無(wú)滲氮、滲氧現(xiàn)象。表3焊縫中的氧（O）、氮（N）及S鐵素體（SF）含量試件編號(hào)8FON充氮16.50.010.01:26.60.00690.01335.40.00890.01447.50.010.01充57.00.00720.01966.50.00830.012奧氏體不銹鋼焊縫的S鐵素體含量一般保持在3-8%寸，就可以獲得良好的綜合性能。試驗(yàn)測(cè)得焊縫中的S鐵素體含量

8、均在此范圍內(nèi)。3.3焊縫顯微組織的金相觀察采用50魅酸酒精溶液浸蝕后的光學(xué)金相試樣，用光鏡和電鏡觀察焊縫的顯微組織特征，圖1所示為5鐵素體分布形態(tài)。一般奧氏體不銹鋼的焊縫組織為奧氏體和S鐵素體的雙相組織，有時(shí)在多層焊縫中可能出現(xiàn)對(duì)塑性和韌性極為不利的（T相，其中S鐵素體的形態(tài)、數(shù)量和分布對(duì)焊縫的韌性和耐蝕性有一定影響。觀察結(jié)果表明： 焊縫中主要為任意分布的條狀和球狀5鐵素體 （僅個(gè)別焊縫有極少量的蠕蟲(chóng)狀的S鐵素體），無(wú)樹(shù)枝晶組織，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相，焊縫組織正常，充氮保護(hù)焊縫與充敏保護(hù)焊縫的顯微組織結(jié)構(gòu)無(wú)明顯差別。3.4焊縫中氮、氧分布用JEX7100型電鏡（SEM）對(duì)焊縫截面觀察并用電子探針（WD

9、XSEMK1000）進(jìn)行N。Cr元素的分布及背面焊縫表面膜厚度分析，測(cè)得不同焊縫中NQCr元素分布曲線見(jiàn)圖2-4,04喇EHJ圖 2 焊縫中 N 元素分布曲線圖 3 焊縫中 N 元素分布曲線圖 4 焊縫中 N 元素分布曲線由氮的分布曲線可見(jiàn)，在Cr分布急劇增加的焊縫表面膜中，氮在焊縫截面上分布基本是均勻的，無(wú)表面氮高峰出觀，且充氮保護(hù)焊縫中氮的相對(duì)含量與充敏保護(hù)焊縫一致，O的分布曲線幾乎為一條水平線，可見(jiàn)焊縫中的氧含量非常低，以至于用WD優(yōu)法分析出來(lái)，由此可見(jiàn)，充氮保護(hù)焊縫表面無(wú)氮化層存在，也無(wú)明顯的滲氮、氧化現(xiàn)象，由Cr的分布曲線可以測(cè)出焊縫背面膜厚度約為15pmi3.5沖擊斷口觀察及夾雜物

10、分析用SEM（S-520）觀察焊縫沖擊斷口微觀形貌（圖5-6）,充氮和充瀛結(jié)果表明：常溫沖擊斷口由剪切唇及纖維區(qū)組成，放射區(qū)消失，纖維區(qū)塑變痕跡明顯，為典型的韌性斷口，斷口上分布的夾雜物較少，用EDX能譜）分析表面夾雜物中含有Ti、Cr、Fe,而這些元素均與。N有較高的親和力。4試驗(yàn)結(jié)果分析TIG焊不銹鋼焊接熔池一般無(wú)冶金保護(hù)作用，若對(duì)熔池保護(hù)不良,會(huì)使焊縫成形變差，性能惡化。氮對(duì)液態(tài)金屬的作用主要表現(xiàn)為溶解與反應(yīng)。氮在鐵中的溶解主要以原子形式溶入， 可以計(jì)算出熔池中的最大溶解氮量為0.032%,但氮對(duì)金屬的作用還要受到合金元素、作用時(shí)間、作用界面及狀態(tài)的影響，一般充氮保護(hù)時(shí)氮對(duì)熔池的作用很不

11、充分，因此，氮在熔池中的溶入量將受到限制，本試驗(yàn)測(cè)得焊縫中的實(shí)際氮含量小于圖 5 充氮試樣沖擊斷口微觀形貌圖 6 充氮試樣沖擊斷口微觀形貌0.019%,與不銹鋼母材中的氮的含量相當(dāng)； 用電子探針對(duì)焊縫中氮的分布分析表明，焊縫背面無(wú)氮化層存在；用電鏡觀察焊縫沖擊斷口形貌為典型的韌性斷口，斷口上夾雜物分布較少；宏觀性能試驗(yàn)表明，焊縫性能良好，與充敏保護(hù)焊縫無(wú)明顯差別。因此，TIG焊焊縫背面充氮保護(hù)可獲得理想的焊接質(zhì)量。工程應(yīng)用在丘陵120Xl04Nr3/d氣體處理裝置工程施工中，我們用氮?dú)廛?chē)對(duì)不銹鋼管道進(jìn)行內(nèi)充氮保護(hù)，取得了成功。在保證工程施工質(zhì)量的前提下，節(jié)約了大量的工程成本。為工程創(chuàng)優(yōu)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。結(jié)論從分析和工程應(yīng)用結(jié)果，可得出如下結(jié)論：(1)TIG焊不銹鋼時(shí)， 焊縫背面充氮保護(hù)可有效地防止焊縫氧化， 氮在焊縫中無(wú)明顯的滲入與反應(yīng)，對(duì)焊縫的組織和性能無(wú)不良影響，焊接接頭性能優(yōu)良，工藝可行。(2)充氮參數(shù)的選擇應(yīng)符合U=1-ek,且UA99.9%要求， 流量的選