奥氏体钢半自动脉冲TIG焊接工艺

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奥氏体钢及和奥氏体钢对接的异种钢焊接接头在实际应用中失效的例子很多，关键原因就是奥氏体钢中的铬和钛元素在焊接中极易烧损，因此焊接的热输入要求控制非常严格，如果焊接中热输入过大，就会造成铬和钛元素的烧损，从而导致接头中奥氏体组织的晶间腐蚀，引起接头的早期失效。如某电厂300MW机组锅炉过热器管子TP347+G102异种钢接头，在机组最初运行的阶段就陆续开始爆管，最后分析原因就是因为焊接过程中热输入过大造成的，随后将所有3000多道异种钢焊口全部更换后再也没有发生爆管现象。

焊接设备采用肯比3500逆变脉冲直流焊机；自动对口转台。焊接材料为TP347+G102管，规格Φ42mm×3.5mm；焊丝Inconel82，Φ2.5mm。焊接方法：直流脉冲全氩弧半自动焊，手工送丝，铈钨极Φ2.5mm。焊口在转台上匀速转动，在水平位置完成焊接。

脉冲焊接是靠峰值电流Im和基值电流Ij来控制线能量的。当每一次峰值电流通过时，焊件上就产生一个点状熔池，待峰值电流停歇时，点状熔池就冷凝结晶，与此同时由基值电流来维持电弧稳定燃烧，以便下一次峰值电流导通时，峰值电流能可靠稳定的燃烧。只要合理地调节脉冲频率等有关参数，就可以很好的控制线能量。

峰值电流Im和脉冲持续时间tm是决定焊缝成型尺寸的主要参数之一。一般随着Im和tm的增大，焊缝熔深和熔宽都会增大，其中Im的作用比tm大，如果Im过大，焊缝容易产生咬边缺陷。基值电流一般选用较小，只要能稳定维持电弧燃烧即可。在其他参数不变的情况下，改变基值电流可调节焊件的预热和熔池的冷却速度。因此焊接淬硬性比较强的合金焊件时，基值电流适当提高些可起到预热和缓冷的作用，防止冷裂纹的产生。

脉冲间歇时间tj的改变对焊缝成型尺寸影响较小，但tj的长短对焊件的热输入大小影响很大，tj过长，使熔池冷却时间延长，将明显减小对焊件的热输入，导致焊件上的热积累减少。

频率的选择试验，是在电流确定好（峰值电流115～125A，基值电流为峰值电流的40%）的情况下，根据熔池打开的时间来确定频率，频率太快，熔池打不开，手工送丝也跟不上；频率太慢，又容易咬边，生产效率低。经过反复试验，频率为0.75～0.95Hz为宜。

设定两焊点间的距离为1mm，则较好的焊接速度应为45～57mm/min；如果按Φ42mm的管子计算，则每转一圈需用时间为2.9～2.3min。这样也就确定了转台的转速。

坡口型式的选择：传统的V型坡口角度为30°～35°，但在试验中发现，按照机头固定的脉冲焊接方法，由于焊枪不能摆动，在盖面焊接时，熔池往往达不到坡口边，容易形成未填满缺陷；经过多次试验，逐渐将坡口角度缩小至15°左右，这样熔池就能很好的达到坡口边缘，形成良好的焊缝。

在对口间隙上，开始试验无间隙自熔焊打底，但焊完之后，焊缝往往就开裂了，这是因为不留间隙自熔焊打底，溶合比大；根据异种钢谢弗列尔焊缝组织图分析来看，此时的焊缝组织为马氏体，因此焊后容易开裂。另根据国外有关研究表明：假定填充金属的几何形状为V形锐角焊缝形状，这样在管子内壁几乎没有焊缝金属，铁素体一侧熔合线与高应力区的奥氏体一侧熔合线的距离不够远，使应力衰减较小，所以在铁素体侧存在较高的应力，因此希望焊缝根部有一定的宽度为宜，为此将对口间隙逐渐放大。但对口间隙太大易形成焊瘤，太小焊缝又容易开裂，经过试验，确定对口间隙在2.0～2.5mm为宜。

根据以上的分析及试验得出的焊接工艺，制作的TP347+G102\T91\12Cr1MoV异种钢焊接接头数万道，分别应用于电厂的过热器、再热器受热面管子中，最长的运行时间已经超过10万小时，从没有发生过焊口失效的事故。