在火力发电厂安装中，需要进行大量的不锈钢管道的焊接。根据规程的要求，承压管道必须采用单面焊双面成形焊接工艺。对采用此种焊接工艺施焊的不锈钢管道打底层的焊接，以往多采用手工钨极氩弧焊配以实心焊丝施焊方式，管内充氩气防止焊缝根部氧化，保证焊缝根部质量。但是管内充氩在现场施工时难度大，如现场设备、罐体联头和长管道焊接时充氩量相当大，连接大小头、三通、弯头等充氩极困难，特别是高空作业更不利于施工，且辅助用工多，不但非常不经济、而且严重影响工期。为解决这些问题，保证焊缝质量，我公司焊接技术人员在反复试验的基础上，成功采用了手工钨极氩弧焊填充不锈钢药芯焊丝的打底工艺，对火力发电厂安装工程中遇到的不锈钢管道进行了施焊，取得了良好的效果。
1焊接材料与工艺
1.1焊接材料
本次试验中母材采用1Cr18Ni9奥氏体不锈钢，规格为Ф42mm×5mm，化学成分及力学性能见表1、表2。焊丝为昆山京群焊材科技有限公司生产的GTS-F308L药芯焊丝，符合AWS A5.22-95 R308LT1-5及GB/T17853-99 R308LT1-5标准。焊丝规格为Ф2.2mm×915mm，药芯焊丝熔敷金属的化学成分见表3。
表1 1Cr18Ni9的化学成分（%）
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C
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Si
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Mn
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S
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P
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Cr
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Ni
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≤0.15
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≤1.00
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≤2.00
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≤0.030
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≤0.035
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17.00～19.00
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8.00～10.00
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表2 1Cr18Ni9的力学性能
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钢号
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抗拉强度/MPa
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屈服强度/MPa
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延伸率
/％
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硬率
/HBs
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1Cr18Ni9
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550～700
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250～300
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35～50
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150～190
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表3 熔敷金属的化学成分（%）
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C
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Si
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Mn
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S
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P
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Cr
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Mo
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Ni
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Cu
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0.021
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0.57
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1.32
|
0.004
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0.020
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20.1
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0.01
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9.7
|
0.01
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1.2坡口尺寸的选择
坡口型式、对口参数及焊道设计见附图。由于奥氏体不锈钢的导热系数小而线膨胀系数大，焊接时变形大。如果在焊接时选用的坡口较大，则将会增多填充金属，增加焊枪的摆动距离，降低焊接速度，加大了变形量，增加了焊缝在高温段的停留时间，增加了产生晶间腐蚀及热裂纹的可能性，所以在保证焊缝质量及焊工易操作的前提下，应适当减少坡口尺寸。经过反复实践，将坡口尺寸选择为55°± 5°。对口间隙也适当增大，有利于熔渣流到焊缝根部以保护根部焊缝不受氧化。
焊接位置为45°斜焊（6G）。打底层和该面层全部采用药芯焊丝进行焊接。
附图 坡口型式与焊道设计序言
1.3层间温度的控制
奥氏体不锈钢焊接中，控制层间温度对避免产生晶问腐蚀及热裂纹尤为重要，并可控制焊缝根部的氧化，因此焊接时应尽量选用小线能量快速焊。层间温度应控制在50～60℃ 。
1.4焊接工艺参数
焊接前将坡口内外边缘10～20mm处焊件表面的油污、水、锈等清理干净，露出金属光泽。焊接工艺参数的选择，见表4所示。
表4 焊接工艺参数
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层次
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焊丝规格/mm
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氩气流量/(L/min)
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电流/A
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电压/V
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焊接速度/(mm/min)
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1
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Ф2.2
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8～10
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65～75
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11～13
|
50～70
|
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2
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Ф2.2
|
8～10
|
65～75
|
11～14
|
50～70
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2焊缝外观检验及性能试验
焊缝外观成形良好，尤其是焊缝背面成形美观，无焊瘤、未熔合、未焊透等缺陷。
射线检测按照JB/T4730《承压设备无损检测》标准进行，II级及以上为合格，经评定为合格。
力学性能试验按GB/T228和GB/T2653规定的试验方法，对焊接接头试样进行了拉伸试验和弯曲试验，拉伸实验结果如表5所示，弯曲试验结果如表6所示。实验结果为合格。
表5 拉伸试验结果
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试验编号
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焊接方法
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原横截面积/mm2
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******负荷/kN
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抗拉强度/MPa
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断后延伸率/%
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破坏部位
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Ho-6G-1
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GTAW
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49.8
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28.5
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572
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46
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母材
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Ho-6G-2
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GTAW
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52.1
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30
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576
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44
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母材
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表6 弯曲试验结果
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试验编号
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焊接方法
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试样规格S×b×L/mm
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弯心直径/mm
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弯曲角度/°
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结果评定
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Ho-6G面弯1
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GTAW
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5×10×133
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20
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180°
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合格
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Ho-6G面弯2
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GTAW
|
5×10×133
|
20
|
180°
|
合格
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Ho-6G背弯1
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GTAW
|
5×10×133
|
20
|
180°
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合格
|
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Ho-6G背弯2
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GTAW
|
5×10×133
|
20
|
180°
|
合格
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3 焊接操作要领
不锈钢药芯焊丝是利用焊丝中间的药粉熔化后，在熔敷金属背面和正面形成熔渣进行保护，所以根部焊接时与实芯焊丝焊接的操作方法、电弧摆动频率、填丝量有较大区别。
（1）在焊接过程中，焊枪要做圆弧形摆动，其目的是使铁水和熔渣加速分离，便于观察熔池，同时也可增加母材坡口两侧的热输入量，防止出现单边未熔合。在填充焊丝时，应将焊丝送到熔池根部并向下轻压一下，以保证根部熔透及根部内成形。
（2）焊丝端部应始终处于氩气保护之中，防止合金元素的氧化、烧损。为使熔渣尽快浮出，根据情况可用焊丝对高温熔池进行适当搅拌，不宜依靠降低焊速来促使熔渣浮出。焊后在焊缝表面形成的熔渣薄而脆，高温时极易自行脱落，故焊接时应戴好防护眼镜，防止灼伤眼睛。
（3）要获得美观均匀的焊缝很大程度上取决于正确掌握熔池的温度。当发现熔池增大出现下凹，说明熔池温度过高，这时应迅速减少焊枪与工件的夹角，并加快焊接速度。当熔池小焊缝窄而高时，说明熔池温度低，这时应增大焊枪与工件的夹角，减慢焊接速度，减少焊丝添加量。
（4）1Cr18Ni9不锈钢在450～800℃温度区加热，常发生沿晶界的腐蚀破坏，称为晶间腐蚀。为防止打底层焊缝金属产生晶间腐蚀，应以快焊快冷为原则，尽量采用小的焊接热输入、快速焊、短弧焊、小幅摆动。
（5）焊接时焊枪要等速移动，禁止抖动。焊丝与工件表面的夹角在25°左右， 既可保证药芯焊丝冶金反应的充分性，又可避免填充金属的过热。钨极端头与熔池表面的距离应保持在3mm左右，使操作者的视线宽广，送丝方便，避免焊缝夹钨。
（6）为避免在接头收弧时产生缩孔，应尽量采用短弧焊，焊枪摆动要均匀，要保证药芯焊丝的焊接冶金反应过程和脱渣过程充分进行，焊接速度应与送丝频率成正比。收弧时不要向前移动太远，应斜向前收弧，避免产生弧抗。
4结论
4.1不锈钢管道采用单面焊双面成形工艺焊接，根部焊道采用药芯焊丝手工钨极氩弧焊时，不仅 改善了背面成形，提高了焊接质量，而且节约了氩气和大量辅助用工，降低了成本，提高了生产效率，从而可替代以往的手工钨极氩弧焊填充实芯焊丝背面充氩保护的焊接方法。特别是焊接固定管口、死口连头等背面充氩保护困难的位置时，其优越性能更为显著
4.2 采用药芯焊丝工艺性能好，焊接工艺操作简便，电弧稳定、飞溅小、脱渣容易、焊缝成形 美观，其熔敷金属力学性能达到了相关标准的规定。此工艺方法可应用于其它奥氏体不锈钢管子的打底层及盖面层的焊接，值得在火力发电厂安装工程中推广应用。
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