等離子弧焊接工藝應(yīng)用于抗腐蝕含鎳不銹鋼

Alloy20合金是專門為抗硫酸腐蝕應(yīng)用而設(shè)計(jì)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備防腐、管道運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的Ni-Cr-Mo系無錫不銹鋼，目前多為國外進(jìn)口。由于Ni的含量較高，Alloy20合金在焊接過程中熱裂紋傾向明顯，且容易出現(xiàn)晶間腐蝕、焊后脆化等問題。所以，在焊接工藝上要求嚴(yán)格控制熱輸入，減少合金元素的燒損和HAZ寬度。為了提高焊縫的抗晶間腐蝕能力并減少裂紋產(chǎn)生傾向;加快焊后冷卻速度，防止焊縫產(chǎn)生硬化，中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所采用等離子弧焊接方法應(yīng)用于Alloy20合金薄板。等離子弧焊是利用等離子弧作為熱源的焊接方法。氣體由電弧加熱產(chǎn)生離解，在高速通過水冷噴嘴時(shí)受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。它的穩(wěn)定性、發(fā)熱量和溫度都高于一般電弧，因而具有較大的熔透力和焊接速度。由于等離子弧焊電弧能量集中，焊接速度快，熱影響區(qū)窄，且電弧穩(wěn)定性強(qiáng)，故焊接效果良好。

為防止焊接缺陷的產(chǎn)生，需要嚴(yán)格控制焊接材料中S、P、C等有害雜質(zhì)的含量，選取含有微量Mo等細(xì)化晶粒元素以及Nb、Ti等穩(wěn)定化元素的焊接材料。該所選用ERNiCrMo-3焊材，其化學(xué)成分為：C0.03%；Mn0.3%；Cr22.0%；Ni61.6%；Mo8.70%；Si0.40%；Cu0.03%；P0.01%；3.0%Fe。母材的化學(xué)成分為：C0.012%；Mn1.48%；Cr19.33%；Ni33.21%；Mo2.25%；Si0.27%；Cu3.29%；P0.02%；39.11%Fe。

焊前用銑刀磨頭和丙酮清除焊接坡口及兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的一切污物。焊件平位對接，間距2mm。焊接時(shí)采用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度，熄弧時(shí)填滿弧坑，防止產(chǎn)生弧坑裂紋。在施焊過程中，填充焊絲加熱端必須始終用氣體保護(hù)，焊縫正面一定要焊滿，余高不大于1mm，反面用銑刀磨頭清根，經(jīng)滲透檢測無缺陷后方可進(jìn)行反面焊接。焊后將焊縫磨平。外觀檢查表明，焊縫表面平整，焊縫成形均勻、致密、平滑地向母材過渡，焊縫無裂紋、氣孔、夾渣、氧化、未熔合、咬邊、弧坑等缺陷，焊接接頭成形良好。對焊接接頭進(jìn)行100%的滲透檢測和射線檢測，一次合格率為100%。

對焊接結(jié)果進(jìn)行的拉伸和冷彎試驗(yàn)結(jié)果表明，拉伸試樣從焊縫處韌性斷裂，抗拉強(qiáng)度達(dá)到要求;彎曲試驗(yàn)中無論面彎還是背彎，受拉面無任何缺陷。對焊縫及熱影響區(qū)進(jìn)行顯微硬度測定，表明沒有產(chǎn)生硬化現(xiàn)象。對焊接試樣進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，在微沸的硫酸-硫酸銅溶液中煮16小時(shí)后彎曲180°，在彎曲外表面未產(chǎn)生裂紋，腐蝕試驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)晶間腐蝕現(xiàn)象。另將試樣放在氯化高鐵、鹽酸和水溶液中浸蝕，利用金相顯微鏡和圖像分析系統(tǒng)檢測焊縫及熱影響區(qū)的金相組織，可以看到，焊縫區(qū)組織為奧氏體+顆粒狀析出物，未觀察到δ-鐵素體。熱影響區(qū)寬度約為1.4mm。