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摘要：锅炉向大容量超临界参数发展是一种趋势，奥氏体不锈钢膜式管屏的采用也会更加得广泛。本文结合奥氏体不锈钢的相关特点，采用埋弧焊工艺进行试验。为奥氏体不锈钢埋弧焊拼排选材及焊接工艺提供了依据，为今后更高等级的锅炉管屏埋弧焊焊接打下了基础，也对其他奥氏体不锈钢的埋弧焊具有较好的借鉴作用。
关键词：奥氏体不锈钢；埋弧焊；工艺试验；应用
前言
奥氏体不锈钢容器的焊接是锅炉、压力容器制造企业中经常遇到的施工工艺。对于此类产品的焊接一般采用焊条电弧焊或钨极氩弧焊，这种焊接方式有一定的优点能保证焊接质量，但是由于采用手工操作，劳动强度大、生产率低，并且焊接质量常受操作者技能水平的影响，易造成产品质量波动。
埋弧焊是一种高效的机械化自动焊方法，其生产率高、焊接操作人员的劳动强度低、焊接质量好、节省待焊母材和焊接材料及能源，但其焊接热输入较焊条电弧焊和钨极氩弧焊的大，加之奥氏体不锈钢导热性差，易造成热影响区过热，使晶粒粗大，敏化区间增大，可能对焊缝的组织和力学性能产生一些影响，如降低耐腐蚀性等。为此，笔者以典型的奥氏体不锈钢06Cr19Ni10为例，选用熔炼焊剂和烧结焊剂分别进行埋弧焊工艺试验及评定，以便获得合理的焊接工艺，以满足焊接生产的需要。
1 不锈钢埋弧焊焊接特点分析
1.1 不锈钢的高比电阻对焊丝熔化速度的影响
表1 不锈钢与碳钢物理性能比较
熔化焊中用于加热和熔化焊丝的总热量Pm。主要由两部分
组成，即：
Pm=I×Um+，I2×R（1）
式中 Pm——加热和熔化焊丝的热量，J
I一焊接电流，A
Um——电弧电压，V
R——焊丝仲出长度的电阻，
由上式可见，加热和熔化焊丝的热量Pm是单位时问内电弧热（I Um）和焊丝伸出端产生的电阻热 I2R）提供的能量。埋弧焊时焊丝仲出长度上产生的电阻热对焊丝起着预热作用，由于埋弧焊采用的焊接电流较大，焊丝伸出长度产生的电阻热对焊丝的预热作用不可忽视。
不锈钢焊丝的比电阻约为碳钢焊丝的5倍（表1），与碳素钢相比，焊丝伸出长度对焊丝的预热作用明显，较显著地加快了焊丝熔化速度。
1.2 不锈钢的低热导率对母材熔化速度的影响
不锈钢的热导率为碳钢的1/3（表1），焊接不锈钢时，焊接熔池的热量传导速度比碳钢要低得多，先焊的焊接熔池对后焊的不锈钢母材的预热作用明显，在同样的焊接工艺参数下，不锈钢母材的熔化速度比碳钢母材的熔化速度要快。
1.3 不锈钢埋弧焊特点
由上分析可知，由于不锈钢固有的物理性能，和碳钢相比，在同样焊接工艺参数下，不锈钢焊丝的熔化速度和母材的熔化速度比碳钢要大得多，只有在焊接碳钢的焊接工艺参数的基础上作适当调整才能焊出合格的焊缝。
2 焊接工艺试验
参照JB 4708—2007《钢制压力容器焊接工艺评定》，分别用熔炼焊剂HJ260和烧结焊剂SJ601进行埋弧焊试验、力学性能试验、工艺性能试验和晶间腐蚀试验，以便从焊接接头的力学性能、焊接工艺性能及耐腐蚀性能等方面进行对比分析。
2．1试验材料
2．1．1试件材料
母材选用符合GB 4237—2007《不锈钢热轧钢板和钢带》的06Cr19Ni10不锈钢，规格为600 mm×150mm×8 mm，不开坡口，8块。
2．1．2焊接材料
焊丝选用符合YB/T 5092—2005《焊接用不锈钢丝》的H08Cr21Ni10，直径4 mm；焊剂HJ260、焊剂SJ601，350℃烘干2 h。
2．2试验方法
H08Cr21Ni10焊丝配用焊剂HJ260，焊接试件2件；H08Cr21Ni10焊丝配用焊剂SJ601，焊接试件2件；均采用双面单道焊。
2．3试验工艺参数
采用MZ－1000变速送丝式埋弧焊机，采用较小的焊接热输入，快速焊，道间温度控制在60℃以下（用手摸时不烫手）。具体的焊接工艺参数为：焊接电流460～500 A，电弧电压32～34 V，焊接速度34～36 m/h。
2．4试验项目及检验内容
2．4．1力学性能试验
力学性能试验包括拉伸试验和弯曲试验。试件经外观检查和RT检验合格后，方可进行拉伸试验和弯曲试验。
2．4．2工艺性能试验
工艺性能试验，即对焊缝表面成形、脱渣性能、焊接烟尘及电弧燃烧稳定性进行检验。
2．4．3晶间腐蚀试验
按GB 4334．5—2000《不锈钢硫酸－硫酸铜腐蚀试验方法》检验焊接接头的耐腐蚀性能。
3 焊接试验结果与分析
3．1力学性能试验结果
焊接试件力学性能试验结果见表1。
表1力学性能试验结果
3．2工艺性能试验结果
通过对焊接过程和焊后的观察，采用焊剂HJ260和SJ601焊接时，电弧燃烧稳定，焊缝表面成形较美观，脱渣性较好，可自动脱渣；焊接烟尘少，无呛人气味，焊接工艺性能良好。
3．3晶间腐蚀试验结果
按GB 4334．5—2000《不锈钢硫酸－硫酸铜腐蚀试验方法》检验焊接接头抗晶间腐蚀能力，在10倍放大镜下观察弯曲后的试样，试样外表面无因晶间腐蚀而产生的裂纹，检验结果合格。
3．4试验结果分析
（1）通过对采用焊剂HJ260和焊剂SJ601进行不锈钢埋弧焊试样的力学性能试验结果分析可知，4个试样焊接接头的抗拉强度均不低于母材规定值下限，面弯、背弯180°后均无超标缺陷，能满足产品焊接接头力学性能要求。但焊剂SJ601试样的抗拉强度值稍高于焊剂HJ260试样值，这是由于SJ601是碱性烧结焊剂，氧化性较弱，焊接时合金元素烧损少，过渡系数大，能提高焊缝金属的力学性能。而HJ260属于中性熔炼焊剂，脱氧不完全，不能通过其大量渗合金，合金元素过渡系小所致。
（2）对工艺性能试验结果进行分析后可知，采用上述2种焊剂焊接时，焊接工艺性能较好，电弧燃烧稳定，焊缝表面成形较美观，脱渣性较好。这说明焊接工艺参数选择合理，按该工艺施焊，焊接工艺性能满足产品相
关要求。但由于SJ601焊剂的堆积密度小，相同焊缝焊接时焊剂消耗量小于HJ260，有利于经济效益提高。
（3）对晶间腐蚀试验结果分析可知，焊剂HJ260和SJ601的焊接试样晶间腐蚀试验结果合格，说明试验的焊接工艺可保证焊缝的耐晶间腐蚀能力。
4应用
根据焊接试验结果得出的焊接工艺评定报告，编制了焊接工艺，并在部分不锈钢压力容器制造中采用了焊剂HJ260和SJ601配焊丝H0Cr21Ni10进行了筒体纵、环缝的试焊，焊缝外观检查合格，RT检验一次探伤合格率达98％，返修后达100％，产品试板力学性能试验结果合格，说明焊接质量良好，能满足《压力容器安全技术监察规程》和GB/T 150—1989《钢制压力容器焊接规程》要求。
5结论
（1）对奥氏体不锈钢06Cr19Ni10采用埋弧焊工艺焊接，焊接接头的力学性能、工艺性能及耐腐蚀性能能满足焊接生产的需要，可代替焊条电弧焊和钨极氩弧焊。
（2）焊剂HJ260及焊剂SJ601配用相应的焊丝进行焊接，均能满足产品焊接质量要求，但采用SJ601焊剂焊接的接头力学性能要优于采用HJ260的，且SJ601焊剂的堆积密度小，相同焊缝焊接时焊剂消耗量小，有利于经济效益的提高。
（3）根据奥氏体不锈钢的物理性能和埋弧焊工艺特点，对奥氏体不锈钢进行埋弧焊时，应采用较小的热输入、快速焊、控制好道间温度，以防止接头过热，提高接头耐腐蚀性能。
参考文献：
［1］JB 4708—2007钢制压力容器焊接工艺评定［S］．
［2］中国机械工程学会焊接学会．焊接手册：材料的焊接［M］．北京：机械工业出版社，2008．
[3] 孟宪坤，柯玉雄.不锈钢埋弧焊的工艺试验研究[J].焊接技术.2001（05）
[4] 徐在林，张燕飞，谢汝良.SA335 P91材料的埋弧焊[J].焊接技术.2005（04）
论文作者:李玮1,王伟敏2,郝建发3,王团结4
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/1
标签：焊剂论文; 焊丝论文; 不锈钢论文; 奥氏体论文; 焊接工艺论文; 电弧论文; 性能论文; 《基层建设》2018年第27期论文;