至德鋼業(yè)淺談薄壁不銹鋼管與管塞的焊接技術(shù)要領(lǐng)及操作方法

 浙江至德鋼業(yè)有限公司對七組薄壁不銹鋼管與管塞的模擬焊接試樣分別采用手工鎢極氬弧焊和激光焊進(jìn)行焊接及試驗(yàn)，公司項(xiàng)目經(jīng)理、技術(shù)人員、客戶焊接專家從焊接接頭外觀、力學(xué)性能、金相、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行綜合評審，一致認(rèn)為：激光焊不僅操作方便，焊縫力學(xué)性能、金相試驗(yàn)滿足要求，而且外形美觀、質(zhì)量穩(wěn)定，可以作為公司承接的某核電模擬試驗(yàn)項(xiàng)目薄壁不銹鋼管與管塞的理想焊接方法。

 至德鋼業(yè)承接的某核電模擬試驗(yàn)項(xiàng)目，涉及總長為4536 mm，外徑9.68mm，壁厚0.65 mm的薄壁不銹鋼管與管塞的焊接。以我公司現(xiàn)有條件，可選用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，但由于工件比較長，沒有適用的工裝夾具，焊接過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)動的難度比較大，焊接過程的穩(wěn)定性也很難保證，所以，要得到焊接質(zhì)量穩(wěn)定的焊接接頭，現(xiàn)有條件并不充分。

 查閱相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，在激光焊接過程中，當(dāng)激光束觸及金屬材料時，其熱量通過熱傳導(dǎo)傳輸?shù)焦ぜ砻婕氨砻嬉韵赂钐?，在激光熱源的作用下，材料熔化、蒸發(fā)，并穿透工件的厚度方向形成狹長空洞，隨著激光焊接的進(jìn)行，小孔沿兩工件間的接縫移動，進(jìn)而形成焊縫。激光焊接自動化程度高，精度高，結(jié)晶速度比一般熔焊快10～100倍，加熱和冷卻速度極快，熱影響區(qū)域極小，大大減少了應(yīng)力和基體的變形。而且激光焊接組織細(xì)小均勻，不易產(chǎn)生裂紋，從而獲得最大的扇形塊焊接強(qiáng)度和較大的深寬比，焊接速度也比較快，故可以用來焊接精密零件和結(jié)構(gòu)，且焊后不必矯正和機(jī)械加工。

 因此，公司項(xiàng)目經(jīng)理與技術(shù)人員經(jīng)過綜合評審，確定試驗(yàn)方案：分別采用激光焊與手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接與試驗(yàn)，從焊縫外觀、力學(xué)性能、金相等方面進(jìn)行對比，驗(yàn)證焊接質(zhì)量，進(jìn)而綜合考慮，確定出該核電模擬試驗(yàn)項(xiàng)目的理想焊接方案。

 一、試驗(yàn)用材料

 試驗(yàn)?zāi)覆倪x用與產(chǎn)品同材質(zhì)、同規(guī)格的薄壁不銹鋼管，材質(zhì)為304L，規(guī)格φ9.68×0.65mm；管塞材質(zhì)為304L，規(guī)格φ9.68 mm，插入薄壁管部分外徑φ8.28mm。

 激光焊不添加焊材，尤其對于薄板和細(xì)徑線材，焊縫是在激光束作用下由母材自熔形成的；手工鎢極氬弧焊選用與母材匹配的焊絲，型號為ER308L，規(guī)格為φ1.2mm。

二、焊接工藝參數(shù)選用

 首先制備八組焊接試樣，分別選用不同的焊接參數(shù)進(jìn)行激光焊接，然后進(jìn)行目視及尺寸檢驗(yàn)，分組進(jìn)行拉伸及金相試驗(yàn)，經(jīng)比較，確定出激光焊的焊接參數(shù)：焊接設(shè)備型號為QL-CW1000，輸向工件表面的功率為700W，焊接速度為35 mm/s，保護(hù)氣體為99.99%的氬氣，氣體流量為20L/min。手工鎢極氬弧焊焊接參數(shù)：設(shè)備型號為WS-400，焊接電流為25A，由于工件外徑較小，且是手動旋轉(zhuǎn)工件，焊接速度無法測得，使用保護(hù)氣體為99.99%的氬氣，氣體流量為5～8 L/min。

三、焊接及試驗(yàn)

  制備七組焊接試樣，分組分別采用上述焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，焊接完成后進(jìn)行滲透檢驗(yàn)，并分別分組進(jìn)行拉伸和金相試驗(yàn)。

四、試驗(yàn)結(jié)果

  1. 焊接接頭外觀：手工鎢極氬弧焊因工件手動旋轉(zhuǎn)，焊絲手動送進(jìn)，每條焊縫至少有三個焊接接頭，（S）2、（S）5試樣焊縫較寬且不均勻，余高較高，最高處達(dá)0.8 mm；激光焊工件自動旋轉(zhuǎn)，不添加焊絲，焊接過程穩(wěn)定，（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5試樣焊縫美觀、勻稱，每條焊縫僅有一個焊接接頭，焊縫表面幾乎與母材表面齊平。

  2. 滲透檢驗(yàn)結(jié)果：（S）2、（S）5、（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5試樣均未發(fā)現(xiàn)超出合格標(biāo)準(zhǔn)的線性及圓形顯示，檢驗(yàn)結(jié)果均合格。

  3. 拉伸試驗(yàn)結(jié)果：（S）2、（J）2、（J）3試樣抗拉強(qiáng)度分別為729 MPa、870 MPa、857 MPa，均高于母材304L最低抗拉強(qiáng)度480 MPa，結(jié)果合格。

  4. 金相試驗(yàn)結(jié)果：（S）5、（J）4、（J）5均焊透，均未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷。但（J）4、（J）5試樣焊縫深而窄，深寬比達(dá)1.8，熱影響區(qū)窄，焊接應(yīng)力和變形??；（S）5試樣焊縫深寬比小，為0.4左右，熱影響區(qū)寬，焊接應(yīng)力和變形較大。

五、結(jié)論

  此項(xiàng)目涉及的工件長度長、直徑小、壁厚薄，若由我公司進(jìn)行手工鎢極氬弧焊焊接，必定需添置自動翻轉(zhuǎn)架、工裝夾具等輔助設(shè)備，但客戶的核電試驗(yàn)項(xiàng)目種類比較多，添置的設(shè)備后續(xù)利用率會比較低，設(shè)備閑置將造成浪費(fèi)；其次，手工鎢極氬弧焊由手工操作、手動送絲，焊接過程不穩(wěn)定，要得到穩(wěn)定質(zhì)量的焊接接頭比較難；而且焊接完成后需要進(jìn)行打磨、拋光，工作量大，由于壁厚薄，還存在因打磨引起工件變形、磨破、報廢等風(fēng)險。

  激光焊設(shè)備帶有自動旋轉(zhuǎn)裝置，焊接全程自動化控制，一旦設(shè)定好焊接參數(shù)，焊接過程穩(wěn)定，容易獲得焊接質(zhì)量穩(wěn)定的焊接接頭；而且焊后無需打磨、拋光等處理，既節(jié)約工時，又避免了風(fēng)險隱患。

  公司項(xiàng)目經(jīng)理與技術(shù)人員鑒于以上試驗(yàn)結(jié)果，并查閱相關(guān)資料、文獻(xiàn)，與客戶焊接專家溝通交流，一致認(rèn)可：采用激光焊作為我公司承接的該核電模擬試驗(yàn)項(xiàng)目薄壁不銹鋼管與管塞的焊接方法。