摘要：本文分析了不锈钢管与纯铜管的接头泄露原因，探讨了焊接工艺方法，使得管道焊接质量大幅度提高，实践证明该方法效果良好，达到了预期目标。
关键词：不锈钢；纯铜管；焊接
本公司在生产过程中中发现有数量不等的不锈钢管与纯铜管焊接接头出现泄漏现象，严重地影响了产品质量的稳定性。车间先后组织人员多次补焊，但由于工艺不当，均未成功，因此成了棘手的技术问题。根据此情况，我们采用“挖补镶焊”的工艺方法进行焊接技术攻关，使管道得以修复。
1 管道焊接接头泄漏原因的分析
该管道三个泄漏焊口均为Ф60mm×5mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢管与Ф60mm×5mm纯铜管对接，采用黄铜焊丝钎焊而成。经分析焊接接头开裂及多次补焊没有成功的原因如下：（1）氧一乙炔焊方法热量不集中，火焰扩散面大，焊接时间长，易使不锈钢管与纯铜管对接接头两侧焊缝区域过烧，造成晶粒粗大，塑、韧性降低。由于管道长期在受压和泄压下工作，所以长期的膨胀与收缩，势必会从薄弱部位，即在焊缝区域形成裂纹。（2）由于采用黄铜焊丝作为填充材料，过高的的焊接温度，易使填充金属中的锌蒸发、氧化，使焊缝中形成气孔，也会使焊缝组织疏松，从而降低焊缝的强度和塑、韧性，最终使管道在使用中泄漏。（3）用氧一乙炔焊方法焊接温度不易控制，温度过高或过低都会使焊接接头造成熔合不良或不熔合缺陷，也是泄漏的原因。（4）管道内的液体及外界的水、油、杂质等已渗入焊接区域中的气孔、粗大的晶粒空隙及疏松的组织中，这也是造成泄漏的原因。由于在几次的补焊中上述缺陷均未得到彻底的处理，又形成新的气孔和熔合不良等缺陷，因而使补焊屡屡失败。鉴于上述原因，我们采取了以下工艺措施。
2 焊接工艺
2.1 缺陷的处理
用钢锯将管接头的焊缝区域完全切掉（截掉部分大约为100一120mm），用同材质、规格的不锈钢管进行镶焊。组对工艺如附图1所示。管子坡口的内、外两侧应清理干净，并露出金属光泽。
2.2 焊接材料
选择正确的填充材料和合理的焊接工艺参数是获得优良焊接接头的关键。焊接时如果采用奥氏体不锈钢作为填充材料，由于铜也是奥氏体组织形成元素，所以焊缝仍为奥氏体组织，在结晶时晶粒间存在一薄层低熔点的液态铜，很容易引起热裂纹。若采用纯铜作为填充材料时，由于焊缝中熔人的Fe、Cr等使焊缝变脆，冲击韧性降低，并且在不锈钢一侧热影响区中仍可能产生渗透裂纹，故也不易采用。镍与铜能够无限互溶，而且含Ni的焊缝抗裂纹的能力较强，能极大地排除铜的有害作用，同时镍的导热性介于铜与不锈钢之间，可作为填充金属使用，因此选用HS90l镍基焊丝作为填充金属。
He气密度比空气小，热导率高，He弧的电弧温度及能量密度高。Ar气的密度比空气大，热导率小，Ar弧燃烧稳定，飞溅小，保护效果好。采用Ar+He的混合气体作为保护气体，它具有两种气体的优点。其电弧燃烧稳定，温度高。焊丝熔化快，熔滴呈较稳定的轴向射滴过渡，可改善熔池金属的流动性和焊缝成形，提高焊缝的致密性。因此，采用He80％+Ar20％的混合气体作为保护气体。
2.3 焊接工艺
首先采用手工钨极惰性混合气体保护电弧焊在铜一侧堆焊，由于铜的熔点较高，焊接时热量损失较大，为使铜和镍基焊丝能良好熔合形成过渡层焊缝，堆焊时应采用较大的焊接热输入。对于厚度较大的焊接件，堆焊前还需预热。堆焊时的工艺参数见表1。
堆焊完毕后，由于堆焊层较薄坡口不宜采用车制，而是直接用砂轮机将堆焊层打磨光亮，并作100％着色探伤，不得有裂纹、气孔、咬边等缺陷存在。因为铜和不锈钢物理性能的差异，焊接过程中产生较大的收缩变形，为防止焊缝根部未焊透，施焊时可将间隙稍微留大一点，一般为3．5—4mm。为防止焊缝背侧受热氧化，背侧应通氩气保护。焊接时电弧应偏向铜的一侧，以减少铜侧热量损失，同时为了减少裂纹的产生应尽量减少熄弧的次数，熄弧时弧坑应填满。管子对接时的工艺参数见表2。
2.4 补焊技术要求
（1）不锈钢管与不锈钢管的焊接。采用Ф3.2mm的奥102电焊条，焊接电流90一100A，在坡口内引弧。引弧时先从管子底部6点往前10mm处起焊，焊完管半圈（12点处越前10mm），再焊另一半圈。施焊过程宜采用断弧焊法一遍成形，焊条以划椭圆形式向上运条施焊，焊条角度随管径变化而变化。因管径较小，施焊时焊接温度上升较快，为控制焊接温度每次起弧、断弧时间间隔要长些（一般以4s为宜）。每个熔池相搭接2/3为宜，焊接电弧往下压，保持短弧焊，以利焊透，弧坑要坡满。
（2）不锈钢管与纯铜管的焊接。①焊前预热。因纯铜的热导率大，焊前需进行预热。用氧一乙炔焰加热坡口及纯铜管一侧（火焰主要指向纯铜管的一侧），预热温度以300一350℃为宜，并力求温度上升均匀。②定位焊。由于纯铜的热膨胀系数大，因此焊接熔池金属在凝固时将发生较大的收缩应力，易造成裂纹，所以定位焊道较一般定位焊道要长些（以每段长》15mm，高》3mm为宜）。定位焊道不得有气孔、夹渣、未熔合和裂纹等缺陷。定位焊道的两侧应修磨成缓坡状，以利接头并熔透。③焊接用Ф3.2mm铜307电焊条，焊接电流为100一110A，施焊过程按上述方法分两半圈进行，用断弧焊法一个熔池叠一个熔池向上堆焊而成。在保证坡口两侧熔合良好的情况下，焊接电弧应偏向纯铜管一侧，每次起弧、断弧的间隔以3s左右为好。
为保证焊缝金属的致密性，减少缺陷，每个熔池要相互搭接1/2以上。焊接电弧长度要适当，过短会影响渣的上浮，形成夹渣、熔合不良等缺陷，焊接电弧长度要求保持蕊4mm为宜。施焊完后立即清渣，经检查确无气孔、裂纹、夹渣、弧坑、咬边和未熔合等缺陷后，立即用平头锤敲击焊缝，以消除应力，进一步增加焊缝的致密性，保证焊接质量。
4 焊后处理
1.将焊缝用砂轮或锉刀修磨成圆滑过渡状，高出管材表面1.5一2mm即可。
2.进行气压试验（工作压力为0.6MPa），O.8MPa稳压10min无渗漏。根据后续数据跟踪及反馈，按新工艺修复过的管道未出现泄露情况。
5 结语
我们用铜307电焊条，采取上述工艺措施对1Cr18Ni9Ti不锈钢管与纯铜管进行焊接，使管道得以修复。生产实践证明，该方法不受场地限制，简便易行。尤其是在没有氢弧焊等专用设备的条件下，完全可以对上述异种金属材料进行焊接，并且焊接质量可靠。
参考文献：
[1]中国机械工程学会焊接学会．焊接手册．第二卷[M]．北京：机械工业出版杜，2002．
论文作者:魏爱芝
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/18
标签：铜管论文; 裂纹论文; 熔池论文; 电弧论文; 气孔论文; 不锈钢管论文; 管道论文; 《电力设备》2018年第17期论文;