一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺的制作方法

本发明涉及焊接技术领域，具体涉及一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺。

背景技术：

2507(UNS S32750)是一种超级奥氏体不锈钢，其焊接参数的选择对于焊接接头的性能影响尤为重要，它直接影响到焊缝金属中铁素体的体积分数。

对于不锈钢2507钢管的对接焊接，如果焊接热输入过小，可能会生成过量的铁素体组织；如果热输入量过大，尽管可以获得足够的奥氏体，但同时也会造成热影响区的铁素体晶粒长大，最为突出的特征是所发生的热循环对焊接接头微观组织结构的巨大影响。在焊接过程中，焊缝和热影响区存在重要的相转变，将极大地影响金属的展延性和耐腐蚀性，从而使焊接接头力学性能下降。

因此，只有选用合适焊接工艺和合理的工艺参数，才能满足焊接接头的性能要求，为了提高不锈钢2507钢管对接接缝的焊接质量，有必要通过反复的研究和试验，开发出一种成熟可靠的焊接工艺，以满足高性能的超级奥氏体不锈钢2507钢管焊接的需要。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，提高超级奥氏体不锈钢2507钢管对接焊接的质量。具体的技术方案如下：

一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，包括如下工艺步骤：

(1)钢管切割下料：采用2507不锈钢钢管，分别按设计要求进行切割成形；

(2)焊丝选择：采用AWSA5.9：ER2594、直径为φ2.4mm的焊丝；

(3)焊接设备选择及设置：使用TIG焊机及配套的TIG焊枪，电源极性设置为直流正接，所述TIG焊枪钨极类型为铈钨极WCe-20、直径为φ2.4mm；TIG焊枪喷嘴选用内径为16mm的喷嘴；

(4)坡口准备：在不锈钢钢管的对接处打好焊接坡口，所述焊接坡口采用对接V型坡口，所述对接V型坡口的坡口角度为70°±5°；所述对接V型坡口的底部钝边的高度为0-1mm；

(5)钢管预处理：焊接前对不锈钢钢管的焊接坡口区域进行表面预处理，所述表面预处理包括使用不锈钢抛光片对焊接坡口区域进行抛光处理；

(6)钢管拼接和定位：将不锈钢钢管对接成V型坡口，所述对接V型坡口的对接间隙为1-3毫米；对接后对不锈钢钢管进行点焊定位，所述点焊定位的位置位于不锈钢钢管内表面的对接接缝处；

(7)安装背保护工装：钢管拼接和定位后，采用背保护工装进行焊缝背面的保护，所述背保护工装包括安装在已经对接好的不锈钢钢管两端的背保护盖板；

(8)充背保护气体：焊前通过背保护盖板向不锈钢钢管内充入背保护气，所述背保护气体为90％体积百分比的氮气+10％体积百分比的氢气；

(9)焊接：焊接位置为垂直固定、厚度覆盖范围3-10毫米，焊接顺序为先进行TIG打底，再进行TIG填充及盖面；

其中，所述TIG打底的焊接工艺参数为：保护气体为98％体积百分比的氩气+2％体积百分比的氮气，保护气体流量为8-15L/min；焊接电流62-65A，电压11-12V，焊接速度5.06-5.48cm/min，热输入量0.74-0.93KJ/mm；

其中，所述TIG填充及盖面的焊接工艺参数为：保护气体为98％体积百分比的氩气+2％％体积百分比的二氧化碳；TIG填充焊时保护气体流量为8-15L/min，焊接电流为62-65A，电压11-12V，焊接速度3.88-4.20cm/min，热输入量0.97-1.21KJ/mm；TIG盖面焊时保护气体流量为8-15L/min；焊接电流为67-71A，电压11-12V，焊接速度4.23-4.58cm/min，热输入量0.96-1.20KJ/mm；层间温度小于100摄氏度。

优选的，所述钢管预处理工序中，在表面预处理前做好不锈钢钢管的综合保护措施，所述综合保护措施包括如下内容：

(1)使用卡车运输不锈钢钢管时，应避免不锈钢钢管与卡车的钢质表面直接接触；

(2)需在木制专用搁架上堆放不锈钢钢管时，做好每根不锈钢钢管的保护工作，不可随意堆放在场地上，不锈钢钢管存放区域应与碳钢钢管存储区域相分开；

(3)应使用专用吊具吊装不锈钢钢管，所述专用吊具包括专用抱箍、竖吊钳以及抬吊钳，吊带需保持清洁度，严禁用钢丝绳吊运不锈钢钢管；

(4)需佩带干净的手套接触不锈钢钢管；

(5)需穿戴鞋套进行作业，禁止直接踩在不锈钢钢管上。

作为进一步的改进，本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺还包括在所述的安装背保护工装工序中，使用临时密封工装将对接接缝正面进行临时密封，且所述临时密封工装在所述TIG打底焊时被卸去。

优选的，所述临时密封工装包括环绕粘贴在所述对接接缝正面的美纹纸压敏胶粘带。

作为本发明进一步的改进，所述美纹纸压敏胶粘带的外表面上还连接有双面胶带，所述临时密封工装还包括胶粘带自动撕离器，所述胶粘带自动撕离器包括固定在所述背保护盖板上的步进电机，所述步进电机的电机轴与所述不锈钢2507钢管的轴线同轴设置，所述步进电机的电机轴上固定有一转动臂，所述转动臂的前端固定有一弹性悬臂轴，所述弹性悬臂轴上转动设置有一压靠在所述钢管的对接接缝处的双面胶带表面的收卷滚轮，在进行TIG打底焊时所述收卷滚轮在所述步进电机的带动下分别作围绕钢管轴线的公转运动和沿所述双面胶带表面滚动的自转运动，并将粘贴在对接接缝正面的美纹纸压敏胶粘带逐步以收卷方式卸去，且所述收卷滚轮的公转运动的运动速度与设定的焊接速度同步。

本发明中，所述步进电机连接控制器。通过控制器，可以设定步进电机的转速，使得收卷滚轮的公转运动的运动速度与设定的焊接速度同步。

操作时，先将环绕在钢管对接接缝正面的美纹纸压敏胶粘带外表面的双面胶带的一个端头与收卷滚轮接触，手动旋转转动臂使得收卷滚轮卷起一段美纹纸压敏胶粘带，然后开启步进电机转动，进行氩弧焊打底。氩弧焊打底焊接时由步进电机控制收卷滚轮自动收卷，从而实现了在焊接过程中对于美纹纸压敏胶粘带的边焊边撕，且操作人员还可以参考收卷滚轮的公转运动速度来较为精确地控制打底的焊接速度。另外，在后续的填充和盖面焊接过程中，同样可以开启步进电机带动收卷滚轮的公转，以作为控制填充和盖面的焊接速度的参照。

优选的，所述充背保护气体工序中，向密封空间内充入10倍所述密封空间体积的所述背保护气体。

优选的，每道焊接工序完成后，使用不锈钢专用钢丝刷清理焊道间的氧化色。

在上述焊道间表面氧化色清理的基础上，为了使得焊道表面氧化色的清理更彻底，再使用激光清洗机进一步清理焊道间的氧化色。

优选的，本发明中的所述TIG焊机采用松下YC-400TX型TIG焊机。

优选的，所述TIG焊丝采用符合AWSA5.9：ER2594焊丝标准的韩国现代SMT2594φ2.4焊丝。

本发明的有益效果是：

第一，本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，选用Ni含量要高于母材的ER2594焊材，有利于在焊接过程中促成铁素体向奥氏体的转变，并能稳定焊缝中的奥氏体，从而获得优良的抗应力腐蚀破裂的性能及耐点腐蚀和耐晶间腐蚀的性能。

第二，本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，采用TIG打底焊和TIG填充及盖面焊的组合焊接方法，背保护气体采用90％的氮气+10％的氢气，正面保护气体采用98％的氩气+2％的氮气，并优化了各焊接工序中的电流、电压、焊接速度、热输入量等工艺参数，从而能够确保焊缝金属满足铁素体含量检测标准及点腐蚀性能的要求，由此提高了超级奥氏体不锈钢2507钢管焊接后的性能和质量。

第三，本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，通过安装背保护工装和在钢管的对接接缝正面临时粘贴美纹纸压敏胶粘带，实现了背保护的密封，从而有利于减少了焊接前充入的背保护气体的流失，同时配合焊接前充入密封空间10倍的背保护气体，有利于确保焊接开始时和焊接过程中钢管内部有充足的背保护气体，从而提高了背保护的可靠性。

第四，本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，设置了胶粘带自动撕离器，焊接时无需将美纹纸压敏胶粘带全部撕离，而是利用收卷滚轮贴住双面胶带滚动收卷，从而实现了在焊接过程中的边焊边撕，由此一方面大幅度减少了背保护气体的流失、节约了成本，另一方面也方便了操作。另外，通过设置收卷滚轮的公转运动的运动速度与设定的焊接速度同步，能够使得手工氩弧焊的操作人员以收卷滚轮的公转运动速度为参照，从而能够更好地更精准地控制手工氩弧焊的焊接速度，由此进一步提高了手工氩弧焊焊接的可靠性和稳定性。

第五，本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，焊道表面氧化色经过钢丝刷和激光清洗机的两次清理，有利于保证焊缝中的奥氏体和铁素体有一个合适的成分比例，从而进一步提高焊接接头的性能。

第六，本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺，在表面预处理前进行不锈钢钢管的综合保护措施较为全面，有利于防止有害元素渗透至不锈钢钢管表面，从而提高了焊缝的防腐蚀性能。

附图说明

图1是本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺的工艺流程示意图；

图2是坡口准备和焊接熔敷顺序的结构示意图；

图3是在钢管上设置背保护工装和胶粘带自动撕离器的结构示意图。

图中：1、美纹纸压敏胶粘带，2、双面胶带，3、胶粘带自动撕离器，4、背保护盖板，5、步进电机，6、钢管，7、转动臂，8、弹性悬臂轴，9、对接接缝，10、收卷滚轮，11、螺栓，12、轴用挡圈，13、键，14、充气嘴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至3所示为本发明的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺的实施例，包括如下工艺步骤：

(1)钢管切割下料：采用2507不锈钢钢管，分别按设计要求进行切割成形；

(2)焊丝选择：采用AWSA5.9：ER2594、直径为φ2.4mm的焊丝；

(3)焊接设备选择及设置：使用TIG焊机及配套的TIG焊枪，电源极性设置为直流正接，所述TIG焊枪钨极类型为铈钨极WCe-20、直径为φ2.4mm；TIG焊枪喷嘴选用内径为16mm的喷嘴；

(4)坡口准备：在不锈钢钢管的对接处打好焊接坡口，所述焊接坡口采用对接V型坡口，所述对接V型坡口的坡口角度为70°±5°；所述对接V型坡口的底部钝边的高度为0-1mm；

(5)钢管预处理：焊接前对不锈钢钢管的焊接坡口区域进行表面预处理，所述表面预处理包括使用不锈钢抛光片对焊接坡口区域进行抛光处理；

(6)钢管拼接和定位：将不锈钢钢管对接成V型坡口，所述对接V型坡口的对接间隙为1-3毫米；对接后对不锈钢钢管进行点焊定位，所述点焊定位的位置位于不锈钢钢管内表面的对接接缝处；

(7)安装背保护工装：钢管拼接和定位后，采用背保护工装进行焊缝背面的保护，所述背保护工装包括安装在已经对接好的不锈钢钢管两端的背保护盖板；

(8)充背保护气体：焊前通过背保护盖板向不锈钢钢管内充入背保护气，所述背保护气体为90％体积百分比的氮气+10％体积百分比的氢气；

(9)焊接：焊接位置为垂直固定、厚度覆盖范围3-10毫米，焊接顺序为先进行TIG打底，再进行TIG填充及盖面；

其中，所述TIG打底的焊接工艺参数为：保护气体为98％体积百分比的氩气+2％体积百分比的氮气，保护气体流量为8-15L/min；焊接电流62-65A，电压11-12V，焊接速度5.06-5.48cm/min，热输入量0.74-0.93KJ/mm；

其中，所述TIG填充及盖面的焊接工艺参数为：保护气体为98％体积百分比的氩气+2％％体积百分比的二氧化碳；TIG填充焊时保护气体流量为8-15L/min，焊接电流为62-65A，电压11-12V，焊接速度3.88-4.20cm/min，热输入量0.97-1.21KJ/mm；TIG盖面焊时保护气体流量为8-15L/min；焊接电流为67-71A，电压11-12V，焊接速度4.23-4.58cm/min，热输入量0.96-1.20KJ/mm；层间温度小于100摄氏度。

优选的，所述钢管预处理工序中，在表面预处理前做好不锈钢钢管的综合保护措施，所述综合保护措施包括如下内容：

(1)使用卡车运输不锈钢钢管时，应避免不锈钢钢管与卡车的钢质表面直接接触；

(2)需在木制专用搁架上堆放不锈钢钢管时，做好每根不锈钢钢管的保护工作，不可随意堆放在场地上，不锈钢钢管存放区域应与碳钢钢管存储区域相分开；

(3)应使用专用吊具吊装不锈钢钢管，所述专用吊具包括专用抱箍、竖吊钳以及抬吊钳，吊带需保持清洁度，严禁用钢丝绳吊运不锈钢钢管；

(4)需佩带干净的手套接触不锈钢钢管；

(5)需穿戴鞋套进行作业，禁止直接踩在不锈钢钢管上。

作为进一步的改进，本实施例的一种超级奥氏体不锈钢2507钢管的氩弧焊焊接工艺还包括在所述的安装背保护工装工序中，使用临时密封工装将对接接缝正面进行临时密封，且所述临时密封工装在所述TIG打底焊时被卸去。

优选的，所述临时密封工装包括环绕粘贴在所述对接接缝正面的美纹纸压敏胶粘带。

作为本实施例进一步的改进，所述美纹纸压敏胶粘带1的外表面上还连接有双面胶带2，所述临时密封工装还包括胶粘带自动撕离器3，所述胶粘带自动撕离器3包括固定在所述背保护盖板4上的步进电机5，所述步进电机5的电机轴与所述不锈钢2507钢管6的轴线同轴设置，所述步进电机5的电机轴上固定有一转动臂7，所述转动臂7的前端固定有一弹性悬臂轴8，所述弹性悬臂轴8上转动设置有一压靠在所述钢管6的对接接缝9处的双面胶带2表面的收卷滚轮10，在进行TIG打底焊时所述收卷滚轮10在所述步进电机5的带动下分别作围绕钢管6轴线的公转运动和沿所述双面胶带2表面滚动的自转运动，并将粘贴在对接接缝9正面的美纹纸压敏胶粘带1逐步以收卷方式卸去，且所述收卷滚轮10的公转运动的运动速度与设定的焊接速度同步。

本实施例中，所述步进电机5连接控制器。通过控制器，可以设定步进电机5的转速，使得收卷滚轮10的公转运动的运动速度与设定的焊接速度同步。

操作时，先将环绕在钢管6对接接缝9正面的美纹纸压敏胶粘带1外表面的双面胶带2的一个端头与收卷滚轮10接触，手动旋转转动臂7使得收卷滚轮10卷起一段美纹纸压敏胶粘带1，然后开启步进电机5转动，进行氩弧焊打底。氩弧焊打底焊接时由步进电机5控制收卷滚轮10自动收卷，从而实现了在焊接过程中对于美纹纸压敏胶粘带的边焊边撕，且操作人员还可以参考收卷滚轮10的公转运动速度来较为精确地控制打底的焊接速度。另外，在后续的填充和盖面焊接过程中，同样可以开启步进电机5带动收卷滚轮10的公转，以作为控制填充和盖面的焊接速度的参照。

优选的，所述充背保护气体工序中，向密封空间内充入10倍所述密封空间体积的所述背保护气体。

优选的，每道焊接工序完成后，使用不锈钢专用钢丝刷清理焊道间的氧化色。

在上述焊道间表面氧化色清理的基础上，为了使得焊道表面氧化色的清理更彻底，再使用激光清洗机进一步清理焊道间的氧化色。

优选的，本实施例中的所述TIG焊机采用松下YC-400TX型TIG焊机。

优选的，所述TIG焊丝采用符合AWSA5.9：ER2594焊丝标准的韩国现代SMT2594φ2.4焊丝。

实施例2：

采用实施例1的焊接工艺，进行超级奥氏体不锈钢2504钢管的对接焊接试验，将焊接试样按照对应检测标准的试样尺寸要求加工，以美国船级社(ABS)材料与焊接规范为指导文件，进行下列项目检测，见下表：

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。