进口253MA材质管件的焊接工艺研究

谭蓉

(昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650093)

进口253MA材质管件的焊接工艺研究

谭蓉

(昆明理工大学机电工程学院，云南昆明650093)

253MA材料是由国外厂家生产的一种高级耐高温耐腐蚀不锈钢。介绍了这种材料的主要特点和用途，并针对采用253MA材料的管件，设计了一套可自动切割和焊接的装置，选择了切割、焊接方法和设备，以及焊丝的种类和直径。通过焊接试验确定了相应的焊接参数和焊接工艺，并测试了样件的焊缝组织和性能。结果表明：焊缝质量完全满足要求，较好地解决了这一材质管件的焊接问题，研究结果具有一定的参考价值。

253MA；焊接；焊接工艺；焊接方法；焊接材料

0 前言

253MA材料是Avesta Sheffield AB公司的一种商品标志，瑞典Sandvik steel公司也使用这一标志，美国钢铁学会(AISI)则为S30815。253MA材料是一种高级不锈钢，其Cr和Ci含量较高，具有较好的抗高温氧化性，空气中的耐热温度可达1 150℃。由于253MA具有良好的高温抗氧化性、抗腐蚀性能，且价格较贵，因此通常应用于一些要求较高的场合。关于这种进口材料的焊接问题，如采用什么焊接设备和焊材，规范参数如何选择等，国内可供查阅的资料很少，因此对这些问题进行一些研究是有意义和价值的。

1 自动切割和焊接设备的设计和选型

试验所用253MA管材构件长度约3 m，管径φ 400 mm，壁厚12 mm，焊接接头为管对接。为保证焊透，焊接质量好，无焊接缺陷，焊接前需要对构件进行切割加工。由于构件较长，采用机械加工方法，在施工现场不宜实现，必须采用其他加工方法。253MA材料含有较多的Cr、Ni，无法采用氧－乙炔火焰气割加工。考虑到管件切口对焊接的质量影响较大，因此选定自动空气等离子切割。为实现自动切割和焊接，在此设计了一套简易单回转式焊接变位工装夹持构件自动旋转，且转动速度可调节。另外，还设计了焊枪和切割枪的位置调节及夹持装置，以方便切割和焊接操作。对于253MA材料的焊接方法选择，与其他不锈钢的焊接基本一致。为此，选用了100 A逆变式空气等离子切割机，配用水冷型等离子切割枪；选用了WS－400逆变式氩弧焊机和NB－500逆变式气体保护焊机，分别用于焊缝的打底和填充焊接。

试验表明该装置不仅可实现工件的自动切割，还可实现环缝的自动焊接，达到一机两用的目的。

2 焊接工艺的制定

2.1 焊接方法和焊接材料的选择

对于253MA不锈钢材料的焊接，可选用的焊接方法主要有TIG焊和MIG焊。考虑到工件的尺寸和厚度较大，以及生产效率等因素，打底焊缝采用TIG焊手工完成，以保证根部焊缝熔合良好，不产生未焊透、咬边等焊接缺陷。其他焊缝的填充则采用MIG焊自动完成。焊丝选用瑞典Sandvik公司的22.12HT。22.12T焊丝具有良好的抗高温氧化性，在空气中的耐高温温度达1 150℃，完全满足253MA材料的焊缝性能要求，其化学成分如表1所示。TIG焊时，焊丝直径φ 2 mm，长度600 mm；MIG焊时，焊丝直径φ 1.2 mm。

表122 .12T焊丝的化学成分%

2.2 接头形式

焊件为管对接，由于管子壁厚12 mm，为保证接头焊透和焊缝合格，焊接前工件应开坡口，坡口的形式和尺寸设计为V型坡口，坡口角度60°，钝边尺寸0.5～1 mm，根部间隙1～2 mm。

2.3 焊接

焊前应清理焊口及两侧周围10～20 mm范围内的污物，直到露出金属光泽。点固焊的要求与正式焊接时的要求相同，不得有任何焊接缺陷存在。

TIG焊打底时要防止背面焊缝产生焊接缺陷。打底焊缝在质检后应尽快进行下一层焊接。TIG焊打底焊接参数如表2所示。

TIG焊打底经过检验焊缝合格后，采用Ar气保护、MIG焊填充焊接。采用直流反接，以获得良好的熔深。MIG焊焊接规范参数如表3所示，焊接效果较为理想。

表2 TIG焊打底焊接规范参数

表3 MIG焊焊接规范参数

2.4 质量检测

2.4.1 化学成分检测

试件焊缝金属化学成分如表4所示。可以看出，焊缝的化学成分满足使用要求。

表4 焊缝化学成分%

2.4.2 微观组织

焊后检查焊缝微观组织，其组织为奥氏体。

2.4.1 机械性能检测

试件焊缝金属力学性能如表5所示。可以看出：焊缝的机械性能良好，可以满足使用要求。

表5 焊缝机械性能

2.5 现场焊接

采用上述焊接工艺进行现场施工，焊后对焊缝进行100%RT和100%UT检验，结果表明：焊缝接头无焊接缺陷，焊缝成形良好。

3 结论

(1)选择的焊接材料和方法完全可满足253MA材质管件的焊接要求。

(2)提出的切割和焊接的工艺方法切实可行，能够较好地解决253MA材质管件的自动切割和焊接问题，焊缝质量满足使用要求。

[1]美国金属学会.金属手册(第十卷)[M].北京：机械工业出版社，1986.

Study on the welding process and parameters of 253MA imported material pipe fittings

TAN Rong
(Dept.of Mechatronic Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China)

The imported material 253MA is a high grade high temperature and corrosion resistance stainless steel.The main features and purpose of this material are pointed out in this paper.In view of this material pipe fitting，a set of automatic cutting and welding equipment is designed.The cutting and welding method，equipments，and a kind of the welding wire and its diameter are selected.Some appropriate welding parameters and welding process are decided by using welding test method.Structure and mechanical properties measurement of weld are completed by means of 253MA material sample.The experiment results show that welding joint's quality is good and meets the quality requests.The welding problem of the imported material 253MA pipe fitting is successfully solved.These research results make contributuions to weld other 253MA material.

253MA；welding；welding process；welding method；welding material

book=83,ebook=226

TG457

B

1001－2303(2010)10－0083－02

2010－03－15

谭蓉(1968—)，女，安徽阜阳人，副教授，硕士，主要从事焊接设备、微波干燥技术和设备、机器人及自动化机构、材料、工艺方面的研究和设计工作。