等离子弧焊接工艺应用于抗腐蚀含镍不锈钢

Alloy20合金是专门为抗硫酸腐蚀应用而设计，现广泛应用于工业设备防腐、管道运输等行业的Ni-Cr-Mo系无锡不锈钢，目前多为国外进口。由于Ni的含量较高，Alloy20合金在焊接过程中热裂纹倾向明显，且容易出现晶间腐蚀、焊后脆化等问题。所以，在焊接工艺上要求严格控制热输入，减少合金元素的烧损和HAZ宽度。为了提高焊缝的抗晶间腐蚀能力并减少裂纹产生倾向;加快焊后冷却速度，防止焊缝产生硬化，中国船舶重工集团公司第七二五研究所采用等离子弧焊接方法应用于Alloy20合金薄板。等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解，在高速通过水冷喷嘴时受到压缩，增大能量密度和离解度，形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧，因而具有较大的熔透力和焊接速度。由于等离子弧焊电弧能量集中，焊接速度快，热影响区窄，且电弧稳定性强，故焊接效果良好。

为防止焊接缺陷的产生，需要严格控制焊接材料中S、P、C等有害杂质的含量，选取含有微量Mo等细化晶粒元素以及Nb、Ti等稳定化元素的焊接材料。该所选用ERNiCrMo-3焊材，其化学成分为：C0.03%；Mn0.3%；Cr22.0%；Ni61.6%；Mo8.70%；Si0.40%；Cu0.03%；P0.01%；3.0%Fe。母材的化学成分为：C0.012%；Mn1.48%；Cr19.33%；Ni33.21%；Mo2.25%；Si0.27%；Cu3.29%；P0.02%；39.11%Fe。

焊前用铣刀磨头和丙酮清除焊接坡口及两侧50mm范围内的一切污物。焊件平位对接，间距2mm。焊接时采用较小的焊接线能量和较快的冷却速度，熄弧时填满弧坑，防止产生弧坑裂纹。在施焊过程中，填充焊丝加热端必须始终用气体保护，焊缝正面一定要焊满，余高不大于1mm，反面用铣刀磨头清根，经渗透检测无缺陷后方可进行反面焊接。焊后将焊缝磨平。外观检查表明，焊缝表面平整，焊缝成形均匀、致密、平滑地向母材过渡，焊缝无裂纹、气孔、夹渣、氧化、未熔合、咬边、弧坑等缺陷，焊接接头成形良好。对焊接接头进行100%的渗透检测和射线检测，一次合格率为100%。

对焊接结果进行的拉伸和冷弯试验结果表明，拉伸试样从焊缝处韧性断裂，抗拉强度达到要求;弯曲试验中无论面弯还是背弯，受拉面无任何缺陷。对焊缝及热影响区进行显微硬度测定，表明没有产生硬化现象。对焊接试样进行晶间腐蚀试验，在微沸的硫酸-硫酸铜溶液中煮16小时后弯曲180°，在弯曲外表面未产生裂纹，腐蚀试验后未发现晶间腐蚀现象。另将试样放在氯化高铁、盐酸和水溶液中浸蚀，利用金相显微镜和图像分析系统检测焊缝及热影响区的金相组织，可以看到，焊缝区组织为奥氏体+颗粒状析出物，未观察到δ-铁素体。热影响区宽度约为1.4mm。