中国电建集团贵州工程有限公司 贵州省贵阳市 551418
摘要：火力发电厂的化水系统、油系统及带有腐蚀介质的系统广泛选用奥氏体不锈钢材质的管道，在这些系统的安装过程中，焊接不锈钢管道是必要的工序之一，不锈钢管道焊接质量的好坏，直接影响到不锈钢管道内壁的清洁，也关系到水、气、油等介质在系统内的清洁度和不锈钢管道对其介质的耐腐蚀性，对机组安装质量的好坏和机组的运行有着重要的意义。
关键词：氩弧焊不锈钢摇摆焊焊接工艺
引言
奥氏体不锈钢的焊接特点:由于不锈钢本身物理性质，与低碳钢相比，其热膨胀系数为1.5倍，导热系数约其1/3，比电阻4倍以上，同时密度、表面张力、磁性等都将对焊接质量产生影响；相比之下，不锈钢的焊接及切割都较为特殊，更易在其焊接接头及热影响区产生如下各种缺陷。
1.晶间腐蚀
奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀，根据贫铬理论，其原因是焊接时焊缝和热影响区在加热到450～850℃温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处析出高铬碳化物（Cr23C6），引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区，在腐蚀介质的作用下，晶粒表层的贫铬区受到腐蚀而形成晶间腐蚀。这时被腐蚀的焊接接头表面无明显变化，受力时则会沿晶界断裂，几乎完全失去强度。
2.焊接热裂纹
热裂纹产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集，焊接应力也大，加剧了热裂纹的产生。
3.应力腐蚀开裂
应力腐蚀开裂是焊接接头在特定腐蚀环境下受拉伸应力作用时所产生的延迟开裂现象。奥氏体不锈钢焊接接头的应力腐蚀开裂是焊接接头比较严重的失效形式，表现为无塑性变形的脆性破坏。
4.焊缝金属的低温脆化
对于奥氏体不锈钢焊接接头，在低温使用时，焊缝金属的塑韧性是关键问题。此时，焊缝组织中的铁素体的存在总是恶化低温韧性。
5.焊接接头的σ相脆化
焊件在经受一定时间的高温加热后（650-850℃）会在焊缝中析出一种脆性的σ相，导致整个接头脆化，塑性和韧性显著下降。
6.上述焊接缺陷的防止方法：
1)选用匹配的焊接材料；
2)采取合适的焊接方法；
3)控制焊接热输入量；采用小规范，以减小焊缝金属在高温下的停留时间；
4)焊后进行热处理，消除应力处理：如焊后完全退火或退火。
因此奥氏体不锈钢焊接过程的控制对其焊接质量起着非常关键的作用。
传统不锈钢的氩弧焊焊接操作方法是手握焊枪，用中指、无名指依靠工件作为支点，瓷嘴悬空的方式操作，手指会受焊件温度过高的影响焊接操作，焊枪稳定性差，操作难度较大，焊接热输入不稳定，带来焊接质量问题。
采用摇摆焊焊接工艺，将焊枪瓷嘴置于焊缝坡口上，作为焊接操作的着力点，改变传统的用手指作着力点的方法，可使焊工的手指免受焊件温度过高的影响，还减少因焊枪不稳而造成的焊接质量问题。
本文结合奥氏体不锈钢的特点，为保证焊缝内部及外观质量，将氩弧焊（GTAW）手工摇摆焊焊接方法给予介绍。
一、焊摇摆操作方法
所谓摇摆法，就是焊枪在施焊过程中，利用焊枪瓷嘴与工件直接接触的依托作用，形成焊枪的支点，取代传统瓷嘴悬空的操作方式，同时运用了不同于以往的单一直线摆动，而采用摆动与摇动相结合的一种焊接操作方法。由于这一基本操作动作的改变，促使焊接过程的操作技术简单、有效、稳定，且易掌握。
二、摇摆法的基本特点：
1)采用摇摆法焊枪借助瓷嘴与工件的依托，使焊枪操作的几个基本动作(横向摆动、摆动频率、摆动两侧、焊接速度)准确、连贯、可调性强；
2)利用瓷嘴与工件形成的支点，可以在施焊过程中灵活地调整喷嘴与工件的角度，及钨极与工件的距离；
3)焊接过程稳定，电弧作用集中(温度集中)，熔池易于控制，使焊缝外表成形均匀、美观，有效地避免并减少了焊缝的夹钨、咬边、内凹等缺陷。
三、手工TIG焊摇摆法焊不锈钢管工艺
以选用规格Φ42mm×5mm的1Crl8Ni9Ti钢管进行焊接工艺研究。
1.焊前准备
1)焊接材料：焊丝选用ER308L，规格Φ1.6mm；铈钨极，规格Φ2.0mm；氩气纯度为99.9％；瓷嘴口径Φ10mm。
2)焊接设备：选用ZX7-400焊机，直流正接。
3)坡口加工：采用机械加工方式加工。坡口尺寸见图l所示。
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图1坡口尺寸
4)焊接位置：水平固定。
5)焊接规范参数：见表1
表1焊接规范参数
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6)接头组对：组对间隙为3~4mm。组对前，应根据标准认真的检查加工质量，包括：管口壁厚、椭圆度、钝边尺寸及加工毛刺是否清除，并用丙酮对坡口内外两侧20mm范围内进行擦拭。直接点固在坡口内一处，点固在钟点位置为12点处。
7)充氩保护
①用20mm左右宽的胶布(应保证胶布内化学成分不会对母材造成污染)沿管口周向封闭，接口处设置在仰焊部位。
②向管内充氩，由于氩气密度大于空气，充氩口应设在管口的下方，排气孔设在管口的上方，有利于空气的排出。充氩方式见图2。
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图2充氩保护
③充氩时间根据氩气室的容积，可采用计算或在氩气出口点火试验确定。
2.焊接操作
1)打底焊道的焊接：水平固定位置管道焊接，打底焊道的仰焊部位采用“内加丝”方法，随着钟点位置的变化.熔池背面重力作用突出，焊丝的送进也由坡口内向坡口外缘逐渐移近。
2)填充层的焊接：枪摆动频率较低，两侧停顿，瓷嘴与工件的角度随焊接位置的变化而相应的改变。
3)盖面层焊接：焊枪操作和焊丝的给送方法与填充层焊接基本相同。焊枪摆与摇的幅度加大，瓷嘴呈弧线运动，动作要求准确、连贯、摆、停分明，一定要观察到熔池边缘的填充金属饱满、整齐，方可向另一侧摆动，注意控制焊缝边缘母材的轻微凹陷与咬边缺陷。
3.工艺措施
1)选专用于磨不锈钢的砂轮片，钢丝刷及清除焊渣的工具由不锈钢制成。
2)焊接操作时应用短弧，惰性气体必须保护良好。焊接层道间温度应严格控制100℃以下。
3)按其工艺进行电流的选择，焊接时应尽可能使焊接热输入量小；
4)根部气体保护持续到至少第3层焊完。
5)焊接时切忌在工件上任意引弧.避免起孤处工件烧伤；在腐蚀介质下工作的表面层焊缝，应尽可能最后焊接，避免工作焊缝多次受热。
4.焊缝质量检验
通过对焊缝的外观检查、射线检查以及力学性能检查，均符合材质的工艺要求。
结论
实践表明，氩弧焊摇摆操作方法是一种较为合理的手工操作法，靠瓷嘴与工件的支撑依托.由手指支撑改变为焊枪支撑，解决了传统操作时焊枪的不稳定性，焊枪操作趋于简单、可靠，摆动基本动作的灵活性及可调性强；焊丝向熔池给送方式的改变，能很好的控制缺陷的产生，焊缝外观过渡圆滑、均匀美观，呈银白色、金黄色或紫铜色，鱼鳞状波纹整齐一致，宽窄差值小于0.5mm，焊缝两侧熔合良好，基本无咬边，与传统焊接方法在焊缝表面成型上有着天壤之别；且由于摇摆焊时采用小电流，小规范焊接，线能量输入小，单层焊缝较薄，焊缝在高温停留时间较短，能有效降低不锈钢晶间腐蚀的发生，增加了焊缝的耐腐蚀性，提高了焊接接头的内在与外观质量。
“摇摆焊”相比于传统的焊接操作方法，更符合不锈钢这一特殊钢材的焊接质量要求。