等離子弧焊接工藝應用于抗腐蝕含鎳不銹鋼

Alloy20合金是專門為抗硫酸腐蝕應用而設計，現廣泛應用于工業設備防腐、管道運輸等行業的Ni-Cr-Mo系無錫不銹鋼，目前多為國外進口。由于Ni的含量較高，Alloy20合金在焊接過程中熱裂紋傾向明顯，且容易出現晶間腐蝕、焊后脆化等問題。所以，在焊接工藝上要求嚴格控制熱輸入，減少合金元素的燒損和HAZ寬度。為了提高焊縫的抗晶間腐蝕能力并減少裂紋產生傾向;加快焊后冷卻速度，防止焊縫產生硬化，中國船舶重工集團公司第七二五研究所采用等離子弧焊接方法應用于Alloy20合金薄板。等離子弧焊是利用等離子弧作為熱源的焊接方法。氣體由電弧加熱產生離解，在高速通過水冷噴嘴時受到壓縮，增大能量密度和離解度，形成等離子弧。它的穩定性、發熱量和溫度都高于一般電弧，因而具有較大的熔透力和焊接速度。由于等離子弧焊電弧能量集中，焊接速度快，熱影響區窄，且電弧穩定性強，故焊接效果良好。

為防止焊接缺陷的產生，需要嚴格控制焊接材料中S、P、C等有害雜質的含量，選取含有微量Mo等細化晶粒元素以及Nb、Ti等穩定化元素的焊接材料。該所選用ERNiCrMo-3焊材，其化學成分為：C0.03%；Mn0.3%；Cr22.0%；Ni61.6%；Mo8.70%；Si0.40%；Cu0.03%；P0.01%；3.0%Fe。母材的化學成分為：C0.012%；Mn1.48%；Cr19.33%；Ni33.21%；Mo2.25%；Si0.27%；Cu3.29%；P0.02%；39.11%Fe。

焊前用銑刀磨頭和丙酮清除焊接坡口及兩側50mm范圍內的一切污物。焊件平位對接，間距2mm。焊接時采用較小的焊接線能量和較快的冷卻速度，熄弧時填滿弧坑，防止產生弧坑裂紋。在施焊過程中，填充焊絲加熱端必須始終用氣體保護，焊縫正面一定要焊滿，余高不大于1mm，反面用銑刀磨頭清根，經滲透檢測無缺陷后方可進行反面焊接。焊后將焊縫磨平。外觀檢查表明，焊縫表面平整，焊縫成形均勻、致密、平滑地向母材過渡，焊縫無裂紋、氣孔、夾渣、氧化、未熔合、咬邊、弧坑等缺陷，焊接接頭成形良好。對焊接接頭進行100%的滲透檢測和射線檢測，一次合格率為100%。

對焊接結果進行的拉伸和冷彎試驗結果表明，拉伸試樣從焊縫處韌性斷裂，抗拉強度達到要求;彎曲試驗中無論面彎還是背彎，受拉面無任何缺陷。對焊縫及熱影響區進行顯微硬度測定，表明沒有產生硬化現象。對焊接試樣進行晶間腐蝕試驗，在微沸的硫酸-硫酸銅溶液中煮16小時后彎曲180°，在彎曲外表面未產生裂紋，腐蝕試驗后未發現晶間腐蝕現象。另將試樣放在氯化高鐵、鹽酸和水溶液中浸蝕，利用金相顯微鏡和圖像分析系統檢測焊縫及熱影響區的金相組織，可以看到，焊縫區組織為奧氏體+顆粒狀析出物，未觀察到δ-鐵素體。熱影響區寬度約為1.4mm。