刘明旭
山东密友机械有限公司 山东滕州 277599
摘 要 膨胀节的焊接工作为整个膨胀节制作的核心工作之一，焊接质量直接决定膨胀节的使用寿命，不同材料的焊接特点和技术要求不一样。310S材料是焊接性能较差的材料，要求焊缝高温时具有良好的抗裂性能，以满足工况的要求。我公司根据310S材料的焊接特点，制定了合理的焊接工艺，成功完成了膨胀节的焊接工艺评定和产品的焊接工作。本文简单介绍了310S材料的焊接特性，并对膨胀节的焊接工艺进行了阐述。
关键词 310S材料；焊材工艺；产品焊接
1 前言
膨胀节具有良好的热胀冷缩的特点，能够补偿因温度差和机械振动引起的附加应力，近年来在管道、压力容器、船舶和石油化工等多个行业得到广泛应用。310S材料具有优良的耐腐蚀、抗氧化、耐高温的特点，近年来在化工设备行业得到广泛应用。因含有较高百分比的铬和镍，使得材料蠕变强度好，能在高温下持久作业。当使用温度超过800℃时，开始软化，许用应力开始持续降低，最高使用温度1200℃[1]。笔者所在公司承接的浙江台塑项目，设备正常工作温度接近700℃，维修周期是12个月，设备壳体主要材料是310S。310S材料的焊接工序复杂，工艺要求高，容易产生裂纹等严重缺陷，给设备安全带来严重的隐患，焊接难度很大。在研究材料焊接性能的基础上，通过制定合理的焊接工艺，保证了产品质量。笔者从工程应用的角度，简单的介绍了这种材料的焊接性能特点和一些关键的焊接技术。
2 310S膨胀节的焊接特点
2.1 母材的焊接特性
310S材料是Fe8-II类奥氏体不锈钢，铬镍含量较高，焊接性能较差。热膨胀系数大、导热性差，焊接时无法通过提高焊材中铁素体含量的方法来提高抗裂性能。焊接的主要问题是焊接热裂纹、脆化、高温强度等。因埋弧焊线能量较大，焊接310S材料容易产生热裂纹，而氩弧焊效率较低，故膨胀节焊接时选用焊条电弧焊。
3 焊接工艺分析
310S不锈钢板是奥氏体铬镍不锈钢具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，因为较高百分比的铬和镍，使得拥有好得多蠕变强度，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。因镍（Ni）、铬（Cr）含量高，具有良好耐氧化、耐腐蚀、310S不锈钢板耐酸碱、耐高温性能，耐高温钢管专用于制造电热炉管等场合，奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高，奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素，由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。310S不锈钢板适于制作种炉用构件、最高温度1200℃，一连利用温度1150℃。 用途：炉用质料，汽车净扮装置用质料。其利用温度范畴为850～1100℃。 用途：除了合金元素铬和镍之外，这种牌号的不锈钢板材还含有少量的稀土金属（RareEarthMetals，REM），从而显着地改进了其抗氧化本领。添加了氮以改进蠕变性能并使这种钢成为完全的奥氏体。只管铬和镍含量相对来说较低，但这种不锈钢有很多环境下具有与高合金化的合金钢和镍基合金雷同的高温特性。310S材料因其自身的物理特点，焊接性较差。焊接时需解决的问题有焊接热裂纹、脆化、高温强度等。焊接热裂纹以结晶裂纹为主，产生的机理为焊缝金相组织的影响和焊缝化学成分的影响。对于传统的Fe8-I类奥氏体不锈钢（304、316L等），可以通过在焊条中加入3%～5%的铁素体，使焊缝形成奥氏体+铁素体的双相组织，来防止结晶裂纹，而310S材料镍含量高，具有稳定的奥氏体组织，不宜采用奥氏体+铁素体的双相组织来防止结晶裂纹。鉴于此，焊接时通过控制焊接电流和线能量来控制热裂纹，同时还能控制脆化和减小晶间腐蚀倾向，而选用的焊条E310Mo-16（A412）在高温下具有良好的高温强度，能满足工况要求。膨胀节的厚度为12mm，开X形坡口，X形的坡口受力效果比V形坡口的要好，具有更好的抗裂效果。
4 膨胀节的焊接
焊前用磨光机将坡口及其两侧20mm范围内的氧化物、油污及水等污物清理干净。焊条按规定（300℃，保温时间1h）烘干。膨胀节厚度为12mm，采用焊条电弧焊焊接，开X形坡口，焊接位置为平焊，先焊接膨胀节内侧焊缝，然后焊接膨胀节外侧焊缝，膨胀节内侧焊缝的盖面层最后焊接。焊接前在坡口两侧刷防飞溅涂料。焊接工艺参数列于表3。
.png)
5 焊缝检测
5.1焊缝外观和无损检测
对焊缝进行表面检测和无损检测,结果如下：
a. 焊缝正面和背面及热影响区均呈金黄色，符合规定要求；
b. 焊缝宽度14.5～16.5mm，焊缝余高1.0～1.2mm；
c. 焊接变形符合标准规定。
d.按NB/T 47013.2-2015的要求对全部焊缝进行100%RT检测，结果符合Ⅱ级要求。
5.2力学性能试验
按NB/T 47014-2011标准的规定，对焊缝进行力学性能和弯曲性能试验，取2个拉伸试验试样，取4个弯曲性能试验试样（侧弯），试件母材厚度均为12mm，拉伸试验为700℃高温拉伸试验，弯曲性能试验参数如下[3]：的
弯心直径D 40mm 支座间距离 63mm 弯曲角度 180°
拉伸性能和弯曲性能试验结果列于表4，试验结果满足标准规定的要求。
.png)
6 结论
我公司严格按照标准要求并结合产品的实际工况，依据材料的焊接特点，制定了合理的焊接工艺，保证了产品的焊接质量要求，满足了焊缝预期的服役要求，避免材料因焊接加工而产生缺陷，顺利完成了浙江台塑项目膨胀节的焊接工作，也为我公司在310S材料膨胀节的制造方面积累了的经验。
参 考 文 献
［1］曾乐.现代焊接技术手册[M].上海：上海科学技术出版社，1993.
［2］陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2010.
［3］NB/T 47014-2011承压设备焊接工艺评定[S].北京：新华出版社，2011.