SUS304不锈钢管管道的焊接
李其生
【摘 要】通过对薄壁钢管直径? mm×5 mm(3寸)的不锈钢钢管垂直固定单面焊接双面成形管道焊接技术和焊接材料的论述,解决了焊接制造技术过程中产生的难点,使技术改造顺利进行,提高了生产产量,满足了市场需要,也为润滑油和化工行业提供了一般焊接工艺的典型的范例. 【期刊名称】《机电工程技术》 【年(卷),期】2016(045)008 【总页数】4页(P171-174)
【关键词】不锈钢;薄壁钢管;焊接;单面焊接双面成形 【作 者】李其生
【作者单位】广州市博润化工有限公司,广东广州 510700 【正文语种】中 文 【中图分类】TG44
广州市博润化工有限公司的子公司广州科卢斯流体科技有限公司为了适应市场需求，扩大润滑油和金属加工切削液的批量生产，要进行技术改造，需要增加几台型号为TH3000-3000的调合搅拌釜。
该机是化工行业设备，要求耐腐蚀性，生产过程中的原材料含有酸碱成分，有的产品是各种金属加工切削液，是含有腐蚀性的介质，对管路焊缝有一定的影响。产品形成后，需要管路输送包装，从而提高生产效率。本机有诸多管路系统。在生产过
程中，不能有任何渗漏现象，否则不能确保安全生产。焊接质量是设备的关键指标之一。管道是设备的主要零部件，必须采用焊接工艺来完成。而管道上端是调合搅拌釜，采用SUS304不锈钢罐体与不锈钢无缝钢管焊接，而且是垂直装配焊接，在搅拌釜底部离地面只有500～700 mm左右的位置，操作焊接位置困难，可达性差，薄壁钢管，焊接难度高，通过对管状分析，合理选用材料，改进工艺，采用单面焊接双面成形操作技术［1］，解决了焊接过程的气孔和裂纹的出现问题，使管的内部和外部质量［2］都达到了质量要求。 （1）试焊焊接工艺
①相接端管材开单边坡口30°～35°。
②将坡口两侧20 mm范围内的油污、铁锈、氧化物等清理干净，使其露出金属光泽。
③两件管材，在简单工装上垂直于水平面安放，可旋转，采用环焊。 ④焊接材料采用A107直径ϕ3.2焊条。
⑤采用手工焊条电弧焊，焊接电流100～110 A［3］。
⑥试焊，取ϕ mm×5 mm（3寸）的钢管，材质为SUS304不锈钢管二件各长200 mm，试样按照工艺进行试焊，焊后发现有气孔及少许裂纹，出现渗漏缺陷。 为此，召开生产主管、工程师，班长、质检人员、施焊焊工参加的焊接质量分析会，对出现的焊接缺陷、气孔、裂纹等。分头查阅相关资料，对母材、焊材、接口清理是否干净、焊接方法、焊接电流等因素，进行分析，查找原因，工程师认为造成气孔、裂纹的主要原因可能是焊条没有烘干水分、焊接电流偏大、热输入过大等工艺方面的不足而形成缺陷，再试焊时，采取相应措施改进。 （2）焊接性分析
调合搅拌釜联接的管道用材：采用SUS304不锈钢无缝钢管，直径ϕ mm，壁厚为5 mm。其化学成份如表1。
与不锈钢管联接的是不锈钢罐体厚度为5 mm的材料，其化学成份如表2。 依化学工业出版社《机械设计手册》上册，第一分册，第二版，表1-22不锈钢的焊接性［4］。从机械性能上看，不锈钢SUS304屈服点235 MPa/mm2；抗拉强度510 MPa/mm2。焊接性好。
焊接材料采用A107（E308-15）铬镍奥氏体不锈钢焊条。化学成分见表3。 A107（E308-15）焊条的熔敷金属力学性能，抗拉强度≧550 MPa，伸长率A≧35（%）。
奥氏体不锈钢导热系数小，线胀系数大，焊后容易产生较大的变形。 奥氏体不锈钢的电阻率大，焊接过程中焊条药皮容易发红、裂皮［6］。 SUS304钢材焊接容易出现晶间腐蚀，加热温度区间450℃～850℃范围内是奥氏体不锈钢晶间腐蚀敏化温度区。为了防止晶间腐蚀、应力腐蚀和热裂纹减小焊接变形，宜采用小焊接热输入，焊接电流应比普通低合金钢焊接减小10%～20%，尽可能用较小的电流短弧快速焊接，采用多层焊接，层间温度要控制在80℃左右。根据分析，撑握好焊接技术，选择适当的焊接工艺，能够获得优质的焊缝。 ①相接端管材开单边坡口30°～35°。
②将坡口内外20 mm范围内的油污、氧化物等清理干净，使其露出金属光泽。 ③两件管材，采用环焊。
④改用A107ϕ2.5小直径焊条，施焊前要烘干，烘干温度为250℃，保温1小时。 ⑤焊接设备：ZX7-250S型焊机直流反接。焊接电流调至70～90 A。 ⑥采用手工焊条电弧焊焊接，焊缝坡口型式尺寸如图1。
⑦装配点固焊，如图2位置3、6、9、12四个位置，顺时针长10 mm点固焊。 ⑧取一对试样ϕ mm×5 mm（3寸）的钢管，材质为SUS304不锈钢管二件各长200 mm，按照上述工艺进行试焊，焊后用锤敲击焊缝，消除应力。结果焊缝良好，无气孔，无裂纹、无缺陷，解决了问题，焊接工艺就这样固定下来。
焊接规范参数见表4。
（1）焊条一定要烘干，焊接前将A107ϕ2.5小直径焊条放进烘干炉，炉温调至200℃～250℃进行烘干1小时，用时放进保温桶焊一根取一根。
（2）装配组对间隙：3～4 mm，不能太宽或太窄，错边量应小于等于1 mm，定位焊长10～15 mm、不得有焊接缺陷，两端修磨出斜口，以利于下一个接头熔合良好。
（3）施焊全过程，焊条角度保持75°～85°，防止气孔等焊接缺陷的产生。
（4）电弧应引至坡口处收弧，防止产生焊瘤，若有焊接缺陷用打磨机打磨收弧处。 单面焊接双面成形操作技术是采用普通焊条，以特殊的操作方法在坡口背面无任何辅助衬垫的条件下，在坡口正面进行焊接，焊后保证坡口的正、反两面都能得到均匀整齐、成形良好、符合质量要求的焊缝［7］，适用于无法从背面清根并重新进行焊接的重要焊件。焊条电弧焊配合所选用的焊接材料都能适用于全位置焊接。垂直固定对接，施焊方法如图3、图4所示。
（1）打底层焊接如图5，采用单面焊接双面成形操作技术焊接，第一层焊道是关键，采用断弧逐点焊接方法焊接（灭弧法）与连弧法的焊接方法。为了使熔渣与液态金属容易分离，保证根部焊透良好，焊条的运条角度如图四。焊条在水平方向与轴线倾角60°～70°，在垂直方向的下倾角80°～85°，以控制熔渣和形成熔池。并尽可能将熔池形成控制成为斜椭圆形，避免出现凸形焊缝，因为凸形焊缝容易形成层间夹渣及溶合不良等缺陷。
（2）接头的根部焊接间隙较小时，应将焊接电流增大或将焊条端头紧紧靠近坡口钝边，以短弧击穿法来进行灭弧焊或连弧焊。
（3）灭弧焊的操作：先在坡口上缘起弧，待钝边熔化后，再把电弧带至钝边间隙处，并向下压，等到击穿声“噗”发出后，立即把电弧带至坡口下缘，形成第一个熔池。再采用短弧以点射手法向上缘及下缘根部份分别给送熔滴，依次循环。整个
击穿施焊过程中，一定要先击穿坡口的下缘，再击穿坡口的上缘，并使下熔孔在前，上熔孔在后，保持其间距错开0.5～1个熔孔的距离。坡口的上、下缘钝边处各应熔化1.5～2 mm。弧柱长度透过背面约三分一左右。
（4）连弧焊的操作：在坡口下缘引弧，向上做斜椭圆形运条，向后的动作要小，向上的动作要大，并同时压住电弧，击穿坡口根部。待发出“噗”声，形成熔孔，坡口上缘被熔化1.5～2 mm时，再向前下方做斜椭圆形运条。弧柱长度再透过背面二分一，收弧时应将电弧带到坡口上缘，向后方提起再收弧。接头时，应在距焊道末端10～15 mm处收弧，并做斜椭圆形运条，当运到原熔池的二分一处时，将电弧向管内压、击穿，再以斜椭圆形运条施焊［8］。打底层单面焊双面成形的焊接装配参数如表5。
底层A107（E308-15）不锈钢焊条按顺时针方向分段焊接完成后，焊填充层。在填充层焊接之前先用角磨机修理底层焊接接口，引弧和收弧端用不锈钢专用砂轮片打磨至理想接口，其他用不锈钢钢丝刷打磨直至把焊皮焊渣清理干净。认真检查底层有否焊接缺陷，若有缺陷即时修复。
填充层的焊接：检查完底层焊缝有无气孔、未熔合等焊接缺陷，有焊接缺陷的要进行修复，确保没有焊接缺陷后即可准备填充层的焊接，焊接填充层前用不锈钢钢丝刷子把底层焊缝刷一遍，测量一下焊缝温度，当焊缝温度下降到70℃～80℃时焊接填充层。
盖面层焊接：填充层检查完合格后用不锈钢钢丝刷子将焊缝刷一遍，测一下焊缝温度，当焊缝温度下降到70℃～80℃左右开始盖面层的焊接。
焊接方法焊条角度如图4。面层焊接电流比焊底层稍大些，采用80～90 A。焊接速度控制在每分钟焊50 mm～60 mm长度。速度过快会造成未焊透、未焊满；过慢则会造成咬边、焊瘤、烧穿等缺陷。
（1）质检人员对管路外观检查，焊缝成形，未出现凸凹、夹渣、气孔、裂纹等焊
接缺陷，符合设计要求。
（2）对搅拌釜和管路进行水压试验，根据《压力容器安全技术监察规程》的规定，认真检查管道焊缝上无渗漏，无可见的变形，试验过程中无异常的响声。试验结果无渗漏现象，符合设计要求。
【相关文献】
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