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铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管的气焊工艺研究

发布时间:2014-03-12 16:49:47 文章来源:irozsrov 点击次数:487次

  不锈钢与紫铜的物理及化学特性差异较大,焊接时焊缝及熔合区容易产生裂纹、晶间腐蚀和气孔等质量问题。基于铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管的理、化特性和焊接特性,针对热裂纹、晶间腐蚀和气孔等产生的原因,选择合适的填充材料、气焊焊接火焰,凭借焊接技术经验能有效降低两者焊接接头处热裂纹、晶间腐蚀和气孔等问题的产生,实现铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管的高质量气焊焊接。

  关键词:铬镍奥氏体不锈钢管;紫铜管;气焊工艺;技术论文

  不锈钢与紫铜的物理及化学特性差异较大,焊接时焊缝及熔合区容易产生裂纹、晶间腐蚀、气孔等质量问题。本文旨在从焊接工作的实践操作中,总结紫铜与铬镍奥氏不锈钢气焊焊接经验,研究合理的紫铜管与铬镍奥氏不锈钢管的气焊焊接工艺,克服两者焊接过程中的裂纹、晶间腐蚀和气孔等问题。

  1 母材的物理特性

  1.1铬镍奥氏体不锈钢的物理特性

  铬镍奥氏体不锈钢管的铸成材料是铬镍奥氏体不锈钢, 具有高韧性和塑性,但强度较低,无磁性, 耐氧化性酸介质腐蚀性较强,熔点为1370~1400℃, 导热率较小,约为21.35W(/m?K),共晶线膨胀系数略为18.7×10-6/℃。

  1.2紫铜的物理特性

  紫铜即纯质的铜,杂质含量低于1%。紫铜柔韧性好,有较好的延展性,密度较大,抗腐蚀性也较强。其熔点为1083℃,导热率较高,略为385.2W(/m?K),线膨胀系数略为16.4×10-61/℃,

  2母材的焊接性

  2.1不锈钢管的焊接性

  铬镍奥氏体不锈钢焊接性良好,该类钢材广泛应用于要求耐酸腐蚀的管道。其焊接时,一般不会出现冷裂纹,因此焊接时无须一些特殊的工艺措施。差强之处为当焊丝选择及焊接工艺运用不当,容易出现热裂纹及接头丧失抗晶间腐蚀的能力。

  2.1.1晶间腐蚀:在450~850℃间会产生晶间腐蚀,危险的温度为650℃。随着铬镍奥氏体不锈钢中含碳量的增加, 碳化铬在晶界的生成也随之增多,产生晶间腐蚀的倾向也随之增加。如果焊接方法不当,焊后极可能出现晶间腐蚀。

  2.1.2热裂纹:如果焊丝或熔剂选用不当,会使焊缝晶粒粗大、杂质增多,促使热裂纹产生。

  2.1.3气孔:高温熔化状态下,浮于熔池表面的三氧化二铬会阻碍金属的熔化,不利于焊缝处结晶颗粒的结合,促使焊缝产生气孔。

  2.2紫铜管的焊接性

  紫铜易变形,焊透性差,由于热导率大,焊接区不容易加热到熔点,容易产生未熔化和未焊透现象。

  2.2.1氧化性:常温下铜不易被氧化,但高温时铜容易被氧化,生成氧化亚铜(Cu2O), 氧化亚铜分布于铜的晶界上,它使焊接接头的机械性能降低。

  2.2.2热裂纹: 铜在液态下易氧化生成氧化亚铜,它溶于液态铜而不溶于固态铜,冷凝过程中晶间容易生成低熔点的Cu2O-Cu共晶,铜材中Bi、Pb(铋、铅)等杂质在熔池结晶过程中生成低熔点共晶Cu+Bi(熔点270℃)和Cu+Pb(熔点326℃),分布于焊缝金属的晶界处。高温时焊缝及热影响区的低熔点共晶重新熔化,由于焊接应力,焊缝或热影响区就出现热裂纹。

  2.2.3气孔:铜在焊接时,熔池中会析出扩散氢,在熔池凝固过程中,氢气体来不及逸出,在焊缝中容易出现氢气孔。

  3焊接工艺

  3.1焊前准备

  3.1.1接头清理

  焊前应对不锈钢管和紫铜管焊接接头进行清理,用砂布或锉刀将表面的杂质、污垢清除干净,同时焊口管内也必须清理干净,之后用0号细砂打磨表面,直至露出金属光泽

  3.1.2选择填充材料

  奥氏体不锈钢与紫铜的导热率和线膨胀系数相差较大,焊接时接头处会产生很大的应力,易导致焊缝处产生裂纹。采用纯铜和铜合金做填充材料,焊缝中含铜量较高,结晶时奥氏体晶粒间低熔点的铜液较多,对裂纹会产生一定的愈合作用。因此,选用黄铜焊丝作为气焊焊接铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管的填充材料,焊丝224(硅黄铜焊丝)含一定量的镍、铬,能增强接头焊缝的耐腐蚀性和抗拉强度。焊剂可选用硼砂。

  3.2操作技术

  3.2.1焊接定位

  先进行定位焊,定位焊缝长度取20—25mm,间距约200—300mm。定位焊使用焊丝与正式焊接时相同,焊接前在间隙内涂一层熔剂,火焰功率比焊接时稍大些。对于大焊件,宜用分段对称定位焊法,且焊缝余高不能超过坡口深度的2/3。为减少焊接应力,防止出现裂纹、晶间腐蚀和气孔等问题,焊前也应预热。

  3.2.2焊接技术

  紫铜导热率高,应使用比焊一般碳钢大1—2倍的火焰能量焊接,同时铬镍奥氏体不锈钢与紫铜气焊焊接的火焰应使用中性焰,不能使用氧化焰或碳化焰,氧化焰易使熔池氧化,生成氧化亚铜,引起热裂纹,碳化焰则含过量的氢,易使焊缝产生气孔。

  焊嘴、焊炬的号数根据管子厚度和大小来定。壁厚大于4mm,需开V型坡口进行焊接。焊接时先对紫铜管进行预热,预热温度薄管、小尺寸焊件取400—500℃(以铜管焊缝处发黑为宜),厚大管需600—700℃(以铜管焊缝处发黑为宜),小件整体预热,大件局部预热,局部预热,预热可用氧—乙炔焰进行。在接近焊接温度后将火焰移向铬镍奥氏体不锈钢管, 焊嘴与管子的切线夹角为60~70°,焰心距缝口表面4~5mm,焊丝与焊嘴的夹角为90°, 焊接时将焊丝不断地挑熔剂向焊缝处熔敷。焊嘴应偏向铜管, 焊接速度要快,以避免铬镍奥氏体不锈钢管温度过高。如果填充金属落于不锈钢上不能熔和,说明温度过高,应把火焰提高,暂缓焊接使不锈钢的温度稍微降低些,然后再进行焊接;若两者焊接时间较长,可先在不锈钢接头表面堆焊一层黄铜再进行焊接,焊接效果更好。

  4.结语

  通过积累的不锈钢管与紫铜管气焊成功焊接经验,制定科学合理的铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管的气焊焊接工艺,将铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管进行牢固地焊接,并有效降低焊缝热裂纹、晶间腐蚀和气孔等问题的出现,提高焊接质量。本文在分析铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管的理、化特性和焊接特性的基础上,针对热裂纹、晶间腐蚀和气孔等产生的原因,选择特定的填充材料、合适的气焊焊接火焰和凭借焊接技术经验能有效降低两者焊接接头处热裂纹、晶间腐蚀、气孔等问题的产生,实现铬镍奥氏体不锈钢管与紫铜管的高质量气焊焊接。

  参考文献

  [1] 陈祝平.焊接工程师手册.北京:机械工业出版社,2002.

  [2] 刘云龙.焊接技师手册.北京:机械工业出版社。2000.

  [3]俞逢英.高 级电焊工工艺学[M].北京:机械工业出版社,2001.



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