不锈钢轴套埋弧焊单面焊双面成型焊接工艺探讨

朱萍

摘要：通过对多次不锈钢轴套埋弧焊单面焊双面成型试验焊接工艺进行总结及试验，获得了可靠的工艺参数，验证了不銹钢轴套埋弧焊单面焊双面成型焊接工艺的可行性。

关键词：不锈钢轴套;埋弧焊;单面焊双面成型;焊接工艺

0    引言

面对市场回暖，企业生产订单剧增的行业形势，焊接工艺组积极探索，优化产品结构与制造工艺，以期实现机械化或自动化焊接，在获得可靠焊接质量的同时提高焊接生产效率。埋弧自动焊作为工业生产中最常用的焊接方法之一，因其具有以下优点而广泛应用于化工容器、锅炉、造船、桥梁等金属结构的制造。

（1）生产率高。埋弧焊时，焊丝从导电嘴中伸出的长度较短，而且是光焊丝，不会因提高电流而造成焊条药皮发红等问题，故可以使用较大的电流，相应的电流密度也较大，加上焊剂和熔渣的隔热作用，热效率较高，使熔深较大，即使是中厚板开I形坡口也能焊透，或者焊件坡口尺寸可以设置得较小，减少了填充金属量，因此，埋弧焊的焊接速度较快，生产率较高。

（2）焊缝质量好。埋弧焊时采用渣保护，这样不仅能隔绝外界空气，而且减慢了熔池金属的冷却速度，使液体金属与熔化的焊剂间有较多的时间进行冶金反应，降低了产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。焊剂还能与焊缝进行冶金反应并过渡一些合金元素，从而提高焊缝的质量。同时，埋弧焊时由于采用自动调节和控制技术，焊接过程非常稳定，焊缝外观质量佳。

（3）节省焊接材料和电能。埋弧焊由于焊接热输入较大，焊接可以开I形坡口或小角度坡口，减少了填充金属量;同时，因其有焊剂和渣保护，减少了金属飞溅损失和热量损失，从而节省了焊接材料和电能。

（4）劳动条件好。埋弧焊是机械化操作，所以劳动强度低;电弧在焊剂层下燃烧，有害气体逸出较少;同时没有弧光辐射，对焊工身体损伤较小。

公司生产的舵杆、舵销不锈钢轴套，是由奥氏体不锈钢板卷制作焊接而成的，通常采用半自动药芯焊丝二氧化碳气保焊。经考虑，对此类产品纵焊缝采用埋弧自动焊，背面加贴陶瓷衬垫，进行单面焊双面成型试验，旨在探讨此类焊接工艺的可行性，获得可靠的工艺参数，为后续生产应用积累可靠的焊接数据。

1    试验用材料及设备

1.1    母材

我公司不锈钢轴套材质为含Mo奥氏体不锈钢316L，其物理性能如表1所示。

故而316L具有以下焊接特性：

（1）热裂纹倾向。奥氏体组织中S、P等杂质元素的溶解度很低，若焊缝区或近缝区含有一定量的杂质元素，很容易形成低熔点共晶物;同时，由于316L热导率小，热膨胀系数大，在焊缝冷却过程中焊接拉应力较大，两者共同作用易形成热裂纹。

（2）焊接接头脆化倾向。焊接此类钢时，若在550～820 ℃长时间停留，易沿着奥氏体晶界析出铬的共晶物σ相，将大大降低焊接接头韧性，引起σ相脆化;同时，由于热导率小，焊接接头高温停留时间长，晶粒长大明显，易形成粗晶脆化。

（3）焊接接头抗腐蚀性能下降。σ相的析出、C含量的增加都会导致贫铬区的出现，降低母材的抗腐蚀能力[2]。

1.2    焊接材料

选用ER316L埋弧焊丝，直径4.0 mm。主要有以下几方面考虑：

（1）ER316L焊丝的化学成分与母材316L相当，遵循等成分匹配。

（2）ER316L焊丝的C含量很小（≤0.03%），即使C全部溶解在奥氏体中，加热到敏化温度450～850 ℃，也不太容易形成贫铬区，可以尽量避免因贫铬而产生晶间腐蚀。

（3）ER316L焊丝具有一定的铁素体化能力，可以溶解σ相，限制奥氏体的长大，改善接头脆化问题;同时，σ相可以溶解较多的S、P杂质，减少有害杂质的偏析[3]。

ER316L埋弧焊丝化学成分如表2所示。

选用SJ601焊剂。该种焊剂属于烧结碱性焊剂，氧化性弱，通过焊剂中合金元素的添加可以有效防止氧化，改善接头性能。

1.3    焊接设备

使用的焊接设备是焊研威达ZD5（D）-1250悬臂式埋弧自动焊机。

2    焊接坡口制作及焊接参数选用

不锈钢板卷制造完成后采用机加工方法按图1加工坡口并装配，背面加贴陶瓷衬垫。

316L的焊接特性决定了该钢种采用埋弧焊时，在保证焊接成型的前提下，要尽可能采用小的焊接电流，适中的焊接速度，并严格控制层间温度，以尽量降低焊接接头高温温度和高温停留时间，抑制σ相的晶界析出和晶粒长大。

焊接接头焊道布置示意图如图2所示，焊接工艺参数如表3所示。

3    焊接工艺要点

（1）不锈钢轴套坡口及其两侧25～30 mm务必清理干净，必要时需进行机械清理和化学清理，整个焊接过程必须使用专用的打磨和清洁工具。

（2）两端分别安装两块不锈钢引弧板及引出板。

（3）焊机悬臂焊前应空跑以调整焊枪与焊缝中心位置。

（4）焊前应烘干焊剂，烘干温度300～350 ℃，保温2 h。

（5）采用表3所示焊接工艺参数进行焊接，严格控制层间温度≤150 ℃。焊接操作工全程跟踪焊接过程，随时进行微调，及时进行道间清理，并自检每道焊缝表面，不得出现裂纹、夹渣、未熔合、气孔、咬边等缺陷。

（6）焊后应进行目视检验，100%UT检验。

4    试验结果分析及结论

（1）目视检验：正、背面焊缝表面均无裂纹、气孔、夹渣、未熔合、明显的焊瘤和咬边等有害缺陷，检验结果合格。

（2）UT检验：依据ISO 5817标准B级焊缝检验要求，焊缝不存在不允许存在的或尺寸超标的缺陷，检验结果合格。

（3）正因为在焊接坡口底部做出了根部半径，同时留有合适的钝边和装配间隙，才使焊丝更好地接近焊缝根部，从而使焊缝根部获得了良好的熔合及背面成型。

（4）坡口角度足够大，配合合适的焊接参数，多层多道焊接，使焊缝两侧与母材熔合良好，脱渣、清渣容易;同时，焊缝晶粒细小、韧性好、母材熔合比小，避免了热裂纹、夹渣等缺陷;盖面焊使用小电流焊接两道，避免了焊趾产生严重的应力集中和咬边缺陷，获得了良好的表面成型。

综上所述，各项检验结果合格，焊接操作工清渣劳动强度小，正面及背面成型良好，故此次探讨的不锈钢轴套埋弧焊单面焊双面成型焊接工艺是可行的。

5    结语

未来，为提高生产效率，降低劳动强度，获得更加稳定的焊缝质量，机械化或自动化焊接将是大势所趋，而对此类焊接工艺的探讨将为后续实际生产应用提供可靠的工艺指导，故本文的探讨是非常必要且适应发展趋势的，必将为企业乃至行业带来很好的经济效益和社会效益。

[参考文献]

[1] 陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 王洪光.实用焊接工艺手册[M].北京：化学工业出版社，2010.

[3] 周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].2版.北京：机械工业出版社，1988.