06Cr19Ni10不锈钢管斜45°TIG焊接性分析与应用

 由于06Cr19Ni10不锈钢管在氧化性质中具有良好的耐腐蚀性，被广泛应用于各种领域。而钨极氩弧焊适用于06Cr19Ni10不锈钢管全位置焊接，焊缝成形美观，合金过度系数高，焊缝成分易控制，是最适合焊接06Cr19Ni10钢的焊接方法。近年来，铁路制造业发展迅速，机车车辆管系制造中因特殊性不再单一使用普通钢管，而是越来越多地使用含各种合金元素的钢管，最常使用的是06Cr19Ni10不锈钢管，因此对各种材料的焊接要求也就越来越高。不锈钢管含有大于12%的铬以及镍、锰、钼等元素，以改善不锈钢管的组织和性能，使其具有良好的耐腐蚀性、耐热性能、加工工艺性和较理想的力学性能。常见的不锈钢管按组织分类可分为马氏体不锈钢管、铁素体不锈钢管和06Cr19Ni10不锈钢管。本文主要对06Cr19Ni10不锈钢管TIG焊接性进行分析，并介绍其应用情况。

一、焊接性分析

 06Cr19Ni10不锈钢管具有良好的耐腐蚀性、塑性、耐高温性能，与其他类型的不锈钢管相比，其焊接性较好。06Cr19Ni10不锈钢管一般都要经过固溶处理，固溶处理使铬的碳化物固溶到06Cr19Ni10中，获得稳定的06Cr19Ni10，改善其耐腐蚀性能。06Cr19Ni10不锈钢管的物理性能与低碳钢相比差异较大。06Cr19Ni10不锈钢管导热系数小、熔点低、线膨胀系数大，因此，在相同的焊接参数下，被加热到600℃以上的区域大，焊缝金属高温停留时间长，容易形成粗大的铸态组织，并产生较大的应力和变形。残余应力的存在易产生焊接热应力裂纹和应力腐蚀开裂。06Cr19Ni10不锈钢管在任何温度下都不会发生相变，对氢不敏感，焊接接头在焊态下具有较好的塑韧性。下面对06Cr19Ni10不锈钢管可焊性进行分析。

 06Cr19Ni10不锈钢管可焊性分析，由于钨极氩弧焊容易控制焊缝成形，也容易实现单面焊双面成形。从表来看，06Cr19Ni10不锈钢管用钨极氩弧焊焊接非常合适，06Cr19Ni10不锈钢管的TIG焊焊接也可选用直流正接。由于06Cr19Ni10不锈钢管的主要成分为铬、镍、锰、硅，且含碳量较低，该材料具有良好的塑性，说明该材料的焊接性较好。虽然钨极氩弧焊焊接不锈钢管尤其是焊接较薄的板材、管材具有独特的优势，焊接质量容易保障，但是如果工艺参数调节不当或焊工操作不正确也会产生严重缺陷。例如，06Cr19Ni10晶粒边界会产生碳扩散现象,并与铬结合，生成碳化铬。当晶粒界附近的铬含量小于12%时，造成贫铬，从而在腐蚀介质作用下贫铬区将失去耐腐蚀性能，导致不锈钢管晶间腐蚀。这种腐蚀现象受到应力作用时就会沿晶断裂，这是06Cr19Ni10不锈钢管最危险的一种破坏形式。晶间腐蚀受应力作用时，产生断裂的区域分别作用在焊接接头的热影响区、焊缝或熔合线上。06Cr19Ni10不锈钢管不是在任何时候都会产生晶间腐蚀，它与钢的加热温度和产生晶间腐蚀的温度敏感区、焊接过程中高温停留时间有关。最敏感的温度区间为450~850℃，当加热温度小于450℃时，不会产生碳扩散现象，即：不会形成碳化铬化合物。当温度升高至830℃以上时，此时晶粒内铬扩散现象增强，大量的铬与晶粒的碳化合生成碳化铬，但两者都不会形成贫铬。产生晶间腐蚀最敏感的温度为630℃，因此在焊接过程中应严格控制危险温度区,尽量降低630℃的高温度停留时间。

二、焊接工艺

 1. 焊接方法

 采用钨极氩弧焊（TIG）直流正接。

 2. 试件材料及尺寸

 试件材料及尺寸为06Cr19Ni10，Φ40×3mm。

 3. 焊接材料

 焊接材料为H0Cr21Ni10、Φ2.4mm，铈钨极Φ2.0mm。

 4. 保护气体

 保护气体为氩气、纯度为99.99%。

 5. 清理

 管材的端口对接前，必须把坡口内外两侧20mm范围内的油漆、油污、氧化皮或其他对施焊有害的物质清理干净，再用棉布蘸上丙酮溶液把焊缝两侧20mm范围内擦洗一遍。

 6. 装配

 焊口组对的精度直接影响焊缝内部质量。特别注意的是，不得错边，一定要保证管子装配同轴，否则会直接影响打底层管壁内成形的质量，出现未焊透缺陷。坡口形式为单面对称V形坡口，其坡口角度为60°，钝边为0.5-1mm，对口时间隙为2.5-3mm，不得有错边。

 7. 定位焊

 由于管径直径小,所以采用一点定位,在管径横截面“12点钟”位置焊一点，定位焊长度15~20mm，将焊点接头两端修磨成斜坡以便于接头。定位焊时，管子内部必须充氩保护，以防止氧化。由于焊丝直径是2.4mm，所以组对间隙应大于焊丝直径，以便在焊接过程中焊丝能够填充至熔池根部，保证背面焊缝质量。

三、操作要点及注意事项

 焊缝分左、右两个半圈进行，如图所示。在仰焊“6点钟”位置起焊，在平焊“12点钟”位置收弧。由于是斜45°定位焊接，在焊接时一定要注意焊接角度和熔池形态的变化，应使熔池始终与地面保持水平，以防止熔化金属在重力的作用下产生上部咬边、下部熔合不良、外部成型差等缺陷。

 1. 打底焊

 在管道横截面上“5点钟”或“7点钟”位置引燃电弧，引燃电弧后，将电弧长度控制在2~3mm，焊机暂停在引弧处。待两侧钝边开始熔化时，立刻开始送丝，填充金属与钝边完全熔化形成明亮清晰的熔池后，焊机与地面保持水平匀速上移，伴随连续送丝，焊机同时做小幅度锯齿形水平横向摆动。仰焊部位送丝时，有意识将焊机往根部推，使管壁内部的熔池成型饱满，以避免根部凹坑。当焊至“10点钟”位置时，焊机应略向后倾，焊接速度加快，以避免熔池温度过高而下坠。若熔池过大，可利用电流衰减功能适当降低熔池温度。若施焊过程中断需要接头时，应先将收弧处焊缝打磨成斜坡状，在斜坡后约10mm处重新引弧，电弧移至斜坡内时稍加焊丝，当焊至斜坡端部出现熔孔后，立即送丝并转入正常焊接。焊至定位焊缝斜坡处接头时，电弧稍作停留，暂缓送丝，待熔池与斜坡端部完全熔化后再送丝。同时，焊机应作小幅度摆动，使接头部位充分融合，形成平整的接头。收弧时，应向熔池送入2~3滴填充金属使熔池饱满，同时将熔池逐步过渡到坡口侧，利用收弧电流使熔池温度逐渐降低，熔池由大变小。电弧熄灭后，应延长对收弧处氩气保护，以避免氧化出现弧坑裂纹及缩孔。前半圈焊完后，应将仰焊部位起弧处焊缝端部修

 磨成斜坡状，后半圈施焊时用左手重复前半圈的焊接方法。当焊至横截面“12点钟”位置时，应与前半圈焊缝重叠5~10mm。打底焊时，必须要保证底部焊透，焊道两侧坡口边必须保持完整，以保证盖面焊焊缝宽窄一致。

 2. 盖面焊

 盖面焊时的操作方法与打底焊基本相同，在焊接前适当调整焊接电流。打底焊完成后，不要急于盖面焊，让试件适当冷却。这样是为了降低试件温度，防止连续焊接造成试件过热，使底部焊缝产生下坠以及在盖面焊时产生咬边。在填充焊丝时，要注意观察坡口边是否填满，防止产生因焊缝缺肉而造成的缺陷。

四、焊接时容易出现的问题和预防措施

 1. 气孔

 气孔形成的原因如下：

   a. 管材表面有水、油、锈，并且不锈钢管在弯制、校管的过程中难免会沾上油污，这些氧化物都会在焊接过程中产生气孔。

   b. 焊接过程中气体保护的大小和气体质量好坏也有可能形成气孔。预防措施为：应该用白棉布蘸上丙酮溶液仔细清洗端口20mm内的污物及其他对焊接有害的东西。在焊接时需要低温预热（约100℃左右）去除管材上的水汽。但温度不能太高，否则会使管材受热而产生变形。如果有氧化膜，还需要用角磨机或锉刀去打磨端口。

 2. 缩孔

 06Cr19Ni10不锈钢管在焊接时若突然熄弧或收弧过快会在焊缝表面留下缩孔。特别是大电流焊接时，更是如此。严重的缩孔能贯穿整个焊缝，影响焊接强度。预防措施为：一是电流衰减熄弧，二是间断法熄弧。这两种方法的目的都是为了使焊缝熄弧时不至于冷却过快而产生缩孔。

 3. 焊瘤

 06Cr19Ni10不锈钢管在焊接时，若熔池的位置到了重力作用较强的位置，此时如果不稍微地加快焊接速度，熔池会在重力作用下下垂而在焊缝反面产生焊瘤。盖面层焊接时，此情况更为明显，因为盖面层焊接之前就有打底层的焊接而使管材温度升高。此外，由于盖面层焊接时在溶池中加入了焊丝，此时熔池的自重更大，再加上管材温度的升高，更易产生焊瘤。预防措施为：经过对焊接过程的观察，80%的焊瘤都产生于盖面层，此时，要控制焊瘤的产生，就要控制好焊接速度及焊缝的温度。由于焊接速度是变数，就要凭焊工的经验去掌握。另外，打底层和盖面层之间间隔15分钟左右增加管内的氩气的流量，也能很好地控制焊瘤的产生。

 4. 焊缝氧化过于严重

 06Cr19Ni10不锈钢管焊缝氧化会严重影响焊缝质量，降低焊接强度，影响产品安全系数以及使用寿命。防止措施为：06Cr19Ni10不锈钢管在焊接时电流不能过大，应严格按照表中的参数来设定。在打底焊之前，试管内必须做充氩保护，以防止焊缝背面氧化。在焊接时，应尽量使用小的线能量、小电流、快速焊，焊缝成型后，表面应有金黄色的金属光泽。如焊缝发灰白色，说明焊缝开始氧化。在实际生产中，如果不做氩气室或者过大的焊接电流，可使焊缝及热影响区的晶粒粗大，并使管材接头的力学性能及耐蚀性下降，容易造成焊缝反面成形过高，甚至还会烧穿管材。另外，打底层焊完不能立即焊盖面层，否则也会使焊缝的温度过高而出现上述缺陷。

 5. 未焊透、未熔合

 对于一道焊缝来说，未焊透、未熔合是一种严重的缺陷，其原因一般是操作不熟练或者是焊接规范不合适造成的。在焊接过程中送丝量过大，钨极发出的热量在短时间内不能把送给的焊丝与打底层及两侧的组织充分熔合，就会产生未熔合。06Cr19Ni10不锈钢管在焊接打底层使之自熔成形时，焊接速度过快以及焊接电流过小都会使焊缝反面未焊透。这些缺陷会引起应力集中，降低焊缝结构强度。

 预防措施为：应掌握好焊接速度，电流也应按规范来调节，并仔细观察熔池，应让管材的端口充分互熔，且在熔池稍微下垂后，反面方可成形良好。当然，持焊机的手要稳且可轻微有规律地摆动，以使焊缝的端口能充分互溶。在盖面层的焊接时，送丝频率要稍快且送丝量要稍少点。这样能使打底层与盖面层充分熔合，不会产生未熔合。在焊缝接头时，起弧后应回烧前一段焊缝1~2cm左右，使焊缝的接头充分熔合，不会产生缺陷。

 6. 热裂纹

 06Cr19Ni10不锈钢管液相线和固相线距离大，使低熔点杂质偏析严重，而且集中在晶界处，加之膨胀系数大，冷却时收缩应力大，便会产生热裂纹。这也是06Cr19Ni10不锈钢管焊接时比较容易产生的一种缺陷。预防措施为：合理地选用焊接填充材料，减少焊缝金属中的有害杂质，提高焊缝的抗裂性。另外采用小电流，快速焊，收尾时尽量填满弧坑。

五、结束语

 采用TIG焊焊接06Cr19Ni10不锈钢管，焊接质量要求高，虽工艺复杂，但只要掌握该不锈钢管的焊接特点，严格按照焊接技术和工艺要求，认真仔细地焊好每一层焊道，就能达到06Cr19Ni10不锈钢管产品的质量设计要求。实践证明，上面所述的焊接工艺是合理可行的。从各种检验结果来看，此焊接工艺能使焊缝质量优良，纹路清晰美观，符合产品质量要求，且成功应用于生产。