浅谈药芯焊丝在不锈钢焊接中的工艺要点

浅谈药芯焊丝在不锈钢焊接中的工艺要点

吴晶晶 刘明志

西安航天华威化工生物工程有限公司  陕西西安  710100

摘要：本文研究了药芯焊丝在不锈钢设备打底焊中的应用，进行了焊接工艺评定，确定了合理的焊接工艺参数。结果表明，采用药芯焊丝打底+手工电弧焊盖面的焊接方法能较好完成不锈钢设备的焊接，且各项性能指标均满足设计要求。对焊接操作要点进行阐述，以期为难以实现背面保护的焊缝提供一种更高效的焊接方法。

关键词：药芯焊丝；换热器；密封焊

1前言

常见的不锈钢设备加工过程中，有一部分焊缝因结构特殊，需要达到单面焊双面成型的效果。常规采用的焊接方法为钨极氩弧焊打底+手工电弧焊盖面，但是钨极氩弧焊焊接时需要在焊缝背面进行惰性气体保护，实际施焊时，部分焊缝的背面并不容易实现气体保护，致使设备的焊接效率较低。

药芯焊丝气体保护焊是以可熔化的药芯焊丝作为正电极，母材作为负极，采用纯CO2或CO2+Ar作为保护气体，是一种气渣联合保护的焊接方法。焊接时，在电弧作用下熔化状态的焊剂材料、焊丝金属、母材金属和保护气体相互之间发生冶金反应形成焊缝，同时生成一层较薄的液态熔渣包覆熔滴并最终覆盖整个熔池，对焊缝形成一层保护[1-2]。

本文拟采用药芯焊丝气体保护焊进行换热器管板与壳程筒体环焊缝的打底焊接，进行了焊接工艺评定，以期为难以实现背面保护的焊缝提供一种更高效的焊接方法。

2焊接工艺评定

2.1焊接材料

药芯焊丝气体保护焊采用芯部含有药芯（焊剂）的管状焊丝，用二氧化碳或二氧化碳加氩气作为保护气体，综合了手工电弧焊和普通熔化极气体保护焊的优点，适用于焊接碳钢、低合金钢、镍及其合金等。主要特点：①采用二氧化碳气体和焊剂的联合保护，易于获得优质焊缝；②电弧稳定，飞溅少，焊缝成形好；③对焊件钢材成分的适应性强；④焊丝熔敷速度快，熔敷效率和生产率都较高，约为手弧焊的3～5倍。

此项焊接工艺评定所用试板厚材料为S30408，材料类别为Fe-8-1。第一层用气体保护焊打底，焊丝牌号E308LT1-1，直径2.2mm，焊接母材厚度为2mm；第二层采用手工电弧焊，焊条牌号E308-16，直径4.0mm，焊条手工焊填满坡口。

2.2焊接工艺

为评定焊接工艺的合理性，切实服务生产实际，取板厚为6mm的S30408板材进行焊接工艺评定，坡口形式为V行坡口，坡口对接形式如图1所示，平焊位置焊接。

图1  V形坡口对接示意图

焊接工艺评定是保证焊接质量的重要措施，可以检查对各类焊接接头编制的焊接工艺指导书的正确性和合理性。对S30408进行药芯焊丝气体保护焊焊接工艺参数的合理制定，是保证药芯焊丝焊接质量的重要手段，通过分析母材的焊接工艺性能，制定的焊接工艺参数如下表1所示。

为了得到良好的焊缝性能，焊前需清理坡口两侧20mm范围内油污等杂质，确保坡口间隙为3mm，不出现未焊透、未熔合、夹渣等焊接缺陷。同时，施焊过程中，焊缝表面不出现气孔、弧坑、未填满等焊接缺陷[3]。

表1  焊接工艺参数

2.3工艺评定结果

待试板焊接完成后，检查焊缝表面无裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、未焊透，咬边和凹坑等焊接缺陷。对试板按NB/T47013.2《承压设备无损检测》规定进行100%射线检测，结果符合标准及设计要求[4]。然后对焊接试板进行力学性能试验，拉伸试验结果显示试样的断裂部位均为焊缝处，且抗拉强度最高可达661MPa，各项性能指标均满足标准要求。

按照NB/T47014《承压设备焊接工艺评定》相关规定，上述合理的焊接工艺评定，母材厚度覆盖范围：对接焊缝GTAW：1.5mm-4mm，SMAW：1.5mm-8mm，角焊缝厚度覆盖不限。焊缝金属厚度覆盖范围：对接焊缝GTAW：1.5mm-4mm，SMAW：1.5mm-8mm，角焊缝厚度覆盖不限。焊接位置可适用平、横、立、仰。

3焊接操作要点

焊工作为焊接作业施焊主体，其焊接水平的高低对焊接质量的影响至关重要，焊工技能评定结果直接决定焊工是否可以参与此类焊材及焊接形式的焊接作业，评定过程严格按照工艺评定执行[5]。

1）在平位位置进行，试板可以预留1-20反变形量，对接间隙3±1mm，对口错变量≤1mm。

2）定位焊缝长10-15mm，定位点焊在正面或反面均可。

3）在平位位置进行焊条电弧焊焊接，单面焊，背面不得加垫板；试件不允许刚性固定。

4）分2层焊成，药芯焊丝定位并焊接第一层，药芯焊丝型号E308LT1-1，φ2.2；焊条焊第二层，焊条型号E308-16，φ4.0。

5）第一层焊缝中应至少有一个接头，除第一层和中间层焊道在换焊条时允许修磨接头部位外，其余均不允许修磨和返修焊，焊缝表面应是原始状态，不允许加工、补焊或返修焊。焊后清理飞溅。

6）焊缝外形尺寸：a) 焊缝余高为0-4mm；b) 焊缝余高差小于3mm；c) 比坡口每侧增宽0.5-2.5mm；d) 焊缝宽度差小于3mm。

7）焊后按TSG Z6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》第A5.2.2条进行外观检查。

8）对试件进行100%无损探伤，按NB/T47013.2-2015 II级合格，照相质量不低于AB级。试件两头20mm及单面焊未焊透不评定。

9）试板按TSG Z6002-2010《特种设备焊接操作人员考核细则》第A5.2.4条进行弯曲试验。

试板射线检测合格，弯曲试验面弯和背弯试验结果合格，未发现裂纹及其他缺陷。

4结论

药芯焊丝气体保护焊进行不锈钢材料S30408的打底焊接，获得了良好的焊缝质量，已具有合格的焊接工艺评定参数，对于不锈钢产品无法进行背面气体保护的密封焊接提供了技术支持，可以广泛推广应用。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会,焊接手册:第1卷 焊接方法及设备.北京:机械工业出版社,2007.

[2]焊接材料、工艺及设备手册.北京:化学工业出版社,2011.

[3]国家能源局,承压设备焊接工艺评定.北京:能源出版社,2011.

[4]国家能源局,承压设备无损检测第2部分: 射线检测: NB/T 47013.2-2015[S].北京: 能源出版社,2015.

[5]中华人民共和国国家监督检验检疫总局,特种设备焊接操作人员考核细则.国家质检总局,2010.

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