304L薄壁不锈钢管的焊接

马海强 李 炜

(东方汽轮机有限公司表工所，四川618000)

核电管系润滑油系统(GGR系统)供油管使用大量的304L薄壁不锈钢管：∅219.1 mm×3.76 mm、∅323.9 mm×4.57 mm、∅141.3 mm×3.4 mm、∅168.3 mm×3.4 mm、∅273 mm×4.19 mm、∅114.3 mm×3.05 mm、∅33.4 mm×3.38 mm。焊接时全部采用氩弧焊，但其焊缝射线检测(RT)一次性合格率较低，对缺陷返修难度大，处理后返修部位管壁明显下沉，影响焊缝外观质量。缺陷主要表现为咬边、变形、焊缝氧化等缺陷。通过对原有焊接工艺的分析，结合部分焊工人员焊接薄壁管行之有效的操作方法，制定出一套新的焊接施工方案，防止了缺陷的发生，提高了薄壁管RT一次性合格率。

1 材料的性能及焊接性

1.1 材料的化学成分与力学性能

304L不锈钢是美国AISI(美国钢铁协会)标准的不锈钢钢号，相当于我国的00Cr19Ni10，具有耐腐蚀性和耐热性，主要的化学成分和力学性能见表1。

表1 304L钢的化学成分和力学性能Table 1 The chemical composition and mechanical property of 304L steel

1.2 焊接性

304L是超低碳纯奥氏体不锈钢，焊接性较好，不易产生晶间腐蚀，但由于不锈钢的导热系数小，线膨胀系数大，接头在冷却过程中形成较大的拉应力。焊接热输入较大时易产生热裂纹，壁厚3 mm～4 mm钢管刚性小，更容易产生较大的焊接变形。

2 操作方法

2.1 焊接方法的选择

通过焊接性分析，发现材料在焊接过程中出现的问题与焊接方法中热量的输入量关系最为密切，当热输入量大，冷却较慢时，易产生热裂纹、腐蚀开裂和变形。在常用的焊接方法中，TIG焊的热输入量适中。因此，304L薄壁管采用钨极氩弧焊(TIG焊)焊接是可行的，但一些细节方面还要引起注意。焊接此类材料选用ER308L焊丝，氩气纯度不应低于99.96%。

2.2 坡口形式的选择

本着保证焊透，减少母材的稀释作用，同时有利于保护气体覆盖和减少热输入量的原则，宜采用带钝边的V形坡口，见图1。

图1 坡口示意图Figure 1 The sketch for welding beveled edges

2.3 焊接参数

采用∅3.2 mm的铈钨电极棒，喷嘴直径20 mm，施焊过程中喷嘴尽量贴近待焊位置，工艺参数见表2。

表2 焊接工艺参数Table 2 The parameter for welding process

2.4 焊接技术

(1)管件组对前应打磨坡口及两侧，露出金属光泽。对钢管内外表面出现的凹坑应打磨圆滑过渡，抛光后坡口两侧50 mm内不得有肉眼可见的划沟、凹坑等，以免引起RT误判。可以采用有机溶剂如丙酮或乙醇清洗坡口内外各20 mm范围内的油污、铁锈等。

(2)不锈钢薄壁管刚性差，管口椭圆现象普遍存在，易造成对接时错边。装配时应采用同材质连接块固定工件，自制工装对错边处进行矫正，保证错边量在2 mm以内。在焊接至焊缝错边处应暂停，然后采用紫铜锤对错边高的一边进行适当锤击，消除错边后再进行施焊。

(3)焊接薄壁不锈钢管时，各层都需背面充氩保护。引弧前组合件应先充氩吹扫至少2 min，将管子内部空气完全置换。在背面充氩保护时，管口两端应妥善封堵，焊口处用胶布密封，敞口长度不得大于八分之一周长。当管线长度较长、整体充氩困难时，可在组对焊口前内部放置封板，封板与焊缝距离在不被损坏的情况下尽可能近，然后在坡口处采用局部充氩的方法进行保护。

(4)焊接时氩弧焊枪喷嘴紧贴焊缝表面转动，转动的同时焊枪往前自然位移。注意保持焊枪与焊缝夹角，避免氩气保护不良造成焊缝氧化。为了防止打底焊焊缝内凹，打底焊时仰焊位置采用内填丝，立焊、平焊位置采用外填丝法进行施焊。

(5)焊接过程中焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧的弧柱区，防止破坏电弧稳定和产生夹钨缺陷，焊丝端部不得抽离保护区，防止焊丝氧化。

(6)在焊接过程中，为了减少热输入，焊丝尽量不摆动，采用窄焊道焊接，每道焊缝焊完后应仔细检查焊缝表面，每层焊缝间的接头应错开50 mm左右，层间温度不得超过150℃。

(7)焊缝收尾处注意送丝填充至弧坑饱满，避免形成弧坑裂纹。最后收口处应打磨成斜坡状至根部发蓝，收弧时应填满弧坑。焊接快结束时，应减少氩气流量，防止气压过大使焊缝凹陷。

(8)盖面时也应采用贴滚式焊法，以避免焊缝余高过高和咬边情况的发生。

3 结论

304L薄壁不锈钢管采用TIG焊方法，并且在焊接过程中采用窄焊道焊接，减少材料的热输入，有效的防止了裂纹、咬边和变形。部分焊工使用该方法后x射线检测一次合格率达90%以上。在以后生产薄壁不锈钢管时应把这些经验方法加以推广、强化。