FXN5C机车不锈钢管复合焊缝的焊接性试验

FXN5C机车不锈钢管复合焊缝的焊接性试验

杨   一

（中国中车戚墅堰机车有限公司，江苏 常州  213011）

摘要：采用氩弧焊打底、药芯焊丝CO2气体保护焊盖面的复合焊缝对06Cr19Ni10不锈钢管进行焊接试验。在保证质量的前提下，考虑选用高效的焊接方法，针对不锈钢焊接难点总结出焊接方法。运用该方法，试验焊缝成形良好，外观检测、内部检测及力学性能试验都符合要求，有效地提高工作效率及保证了焊接质量。

主题词：药芯焊丝  不锈钢钢管  焊接  工艺评定  操作方法

引言 ：目前，我公司各型内燃机车的管路系统均采用20#钢小管径管件，在将要生产的FXN5C机车管路材质由20#钢更改为06Cr19Ni10不锈钢，其焊接质量直接影响到机车质量与行车安全，另外焊接质量的好坏对掌控生产节点、按时完成生产任务至关重要。机车生产前，根据ISO15614标准做相关的焊接工艺评定试验（外观、射线、拉伸、弯曲、宏观金相），来验证采用相关的焊接方法、参数的合理性和正确性。特别是为提高工作效率，采用氩弧焊打底，不锈钢药芯焊丝盖面的方法需要进一步验证，为后续批量生产奠定基础。

一、焊接性分析

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性，塑性，高温性能，与其他类型的不锈钢相比，其焊接性较好。

二、定焊接方法，选择填充材料

奥氏体不锈钢（06Cr19Ni10）在工艺上应尽量采用高能量密度的焊接方法，小热输入及小截面焊道，以减小母材的过热和避免近缝区晶粒的粗化。钨极氩弧焊是焊接奥氏体钢的理想方法，因为在焊接过程中合金元素烧损很小，焊缝金属表面洁净无渣，成形美观，此外由于焊接热输入量低，特别适合对过热敏感的奥氏体钢的焊接。在考虑生产效率的情况下，采用氩弧焊打底，不锈钢药芯焊丝盖面的复合焊缝。

填充材料的选择原则是在无裂纹前提下，保证焊缝金属的热强性与母材基本相同，这就要求其合金成分大致与母材成分相匹配，因此，我们根据不同的焊接要求选用牌号为ER308L的焊丝、TFW308L药芯焊丝，提高Cr、Ni含量，补充焊缝金属中合金元素的烧损。

三、试验项目

            根据设计要求及ISO15614标准，筛选出可覆盖的五个项目，下面重点介绍：

手工钨极氩弧焊+药芯焊丝气体保护焊 φ89x4管对接，相关要求如下：

四、焊接工艺

1、母材：06Cr19Ni10，规格：φ89x4，长度100mm，两段；

2、焊材：ER308L的焊丝，规格：φ1.6mm；TFW308L药芯焊丝，规格：φ1.2mm；

3、坡口面角度：60°；

4、焊接接头形式及焊道层次：对接、两层两道焊缝（见图一）

图一 焊接接头形式及焊道层次示意图

5、焊接参数（见表一）

表一  焊接工艺参数

五、具体操作

1、氩弧焊打底 

（1）点固  将两段管预留2~2.5mm，并在两端头用海绵塞住来保证内部充氩质量。充氩气体流量15L/min，两分钟后，用打火机火焰靠近坡口， 如火焰熄灭，说明充氩充分可以进行点固焊接。点固焊点两点，长度<10mm。

（2）焊接操作  采用摇摆焊，连续加焊丝的手法进行操作。焊接过程中为保持小的热输入量，焊枪中间过渡快，为保证充分熔合，在坡口两侧稍加停顿，焊缝厚度在2~2.5mm。收尾时利用电弧衰减功能，可有效防止出现收缩孔。接头时需要在前端弧坑处多做停留，充分熔化后再加焊丝，防止接头出现未熔合等焊接缺陷。打底焊完成后，稍作清理，控制层间温度，等待盖面。

2、气保焊盖面焊  采用连弧操作。焊接时电弧起头点与打底焊的接头错开10mm左右，控制焊枪的摆动幅度，焊枪摆动幅度要超过坡口棱边1~2mm避免咬边，用小锯齿形运条，可以有效控制表面焊缝的余高，摆动时幅度一致，速度均匀。控制收弧，填满弧坑，熔池凝固后方可移开焊枪，避免出现弧坑裂纹。

六、焊后检验

根据ISO 17636-2022进行射线（RT）探伤，对探伤结果按照ISO 5817-2014进行评判，结果为B级合格；根据EN ISO 3451-2021进行渗透（PT）检测；根据ISO 17637-2016进行目视（VT）检测；另外，分别根据EN ISO 4136-2022、EN ISO 5173-2021、及EN ISO17639-2022进行拉伸试验、弯曲试验、宏观检测，以项目2为例，其部分检测结果如下：（见表二、表三、表四）

表二  射线（RT）探伤结果

表三 拉伸试验结果

表四  弯曲试验结果

七、结论

采用上述焊接方法和焊接工艺参数，特别是手工钨极氩弧焊+药芯焊丝气体保护焊 φ89x4管对接，实现单面焊双面成型。经焊接工艺评定，各项试验合格，满足使用要求。上述几种焊接方法在FXN5C-0002及FX3B-8001机车生产中得到应用，焊接质量得到保证，也大大提高工作效率，满足生产需求。

参考文献

[1] 全国焊接标准化技术委员会．GB/T 19869.1-2005 钢、镍及镍合金的焊接工艺评定试验[S].

[2] 全国焊接标准化技术委员会．JB/T 9186-1999 二氧化碳气体保护焊工艺规程[S].

[3] 陈祝年．焊接工程师手册[M]. 北京：机械工业出版社，2002.1

[4] 刘云龙．袖珍焊工手册[M]. 北京：机械工业出版社，1999.10

作者简介：

杨一（1971-），男，江苏常州人，本科，电焊高级技师，焊接高级工程师。研究方向：焊接。