以45 mmx8 mm規(guī)格奧氏體304不銹鋼鋼管為研究對象，采用A-TIG焊（添加活性劑的鎢極氬弧焊）進(jìn)行對接焊接工藝試驗，研究不同焊接起始點對焊縫成型的髟響，并檢測外觀質(zhì)量符合要求的焊件的性能和微觀組織等。分析認(rèn)為：采用A-TIG焊接工藝焊接西45 mmx8 mm規(guī)格奧氏體304不銹鋼鋼管時，可在不開坡口、不填絲的情況下，實現(xiàn)一次性焊透，并達(dá)到單面焊雙面成型的目的；焊縫組織為奧氏體+鐵素體，其組織與來添加活性劑時的一致，但添加活性荊可明顯改善組織性能；焊接接頭的性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

  鎢極氬弧焊(TIG)是一種高質(zhì)量的焊接方法，在不銹鋼、鋁、銅和鈦等各種金屬及其合金焊接方面具有很多優(yōu)越性，它不僅能充分保證母材根部的良好熔透，焊縫成型良好，還可提高根部焊縫的塑性和韌性，減少焊接應(yīng)力，從而避免產(chǎn)生根部裂紋，施焊中不易出現(xiàn)未焊透、央渣和氣孔等缺陷，目前已廣泛應(yīng)用于一些重要設(shè)備中，如承壓管道、高壓容器和高溫高壓鍋爐中鋼管的焊接。但由于普通TIG焊的單道焊的焊縫熔深淺，熔敷率低，對施焊材料中微量元素敏感，特別在焊接壁厚超過2mm的環(huán)形接頭時，焊接接頭根部一般采用不填絲非熔化極氬弧焊方法進(jìn)行打底焊，然后采用焊條電弧焊等方法填充熔覆坡口，焊接工藝復(fù)雜。由于重力作用，焊道會產(chǎn)生焊道塌陷、焊道邊緣不規(guī)整等缺欠。因此，如何改善厚壁鋼管環(huán)形焊縫焊接工藝以獲得高質(zhì)量的焊接接頭，一直是厚壁鋼管焊接中亟待解決的問題。本文通過在鎢極氬弧焊基礎(chǔ)上添加活性焊劑的焊接技術(shù)（A-TIG焊），對奧氏體304不銹鋼鋼管厚壁環(huán)焊全位置焊接進(jìn)行分析；焊接的焊縫性能優(yōu)良、質(zhì)量良好，完全滿足相關(guān)技術(shù)要求。1 A-TIG焊接技術(shù)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀

    所謂“A-TIC焊”或“活性化TIG焊”，就是將活性劑與TIG焊相結(jié)合的焊接方法，即在工件被焊位置處，預(yù)先在工件表面均勻地涂上一層很薄的、細(xì)粒狀的活性刺，然后進(jìn)行TIG焊的方法。20世紀(jì)60年代中期，烏克蘭巴頓焊接研究發(fā)現(xiàn)在TIG焊時，母材表面涂敷鹵素化合物可以使鈦合金的焊接熔深增加。從20世紀(jì)90年代末開始，國內(nèi)也對A-TIG這一技術(shù)進(jìn)行研究。近年來，越來越多的高校、研究所和企業(yè)開始關(guān)注活性焊接技術(shù)，引起了研究高潮。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的劉風(fēng)堯等以不銹鋼為研究對象認(rèn)為：Si02增加熔深是等離子體收縮、陽極斑點收縮和表面張力溫度梯度由負(fù)變正共同作用的結(jié)果，Tioz增加熔深只是表面張力溫度梯度由負(fù)變正的結(jié)果。蘭州理工大學(xué)的張瑞華、樊丁等針對304不銹鋼研制了由B203、FezOa、A1203、Si02、Ti02、Cr203和NaF等組成的活性劑，分析了各單一活性劑對焊接熔深的影響規(guī)律。本文采用A-TIG焊接工藝．進(jìn)行了8 mm以上厚壁奧氏體304不銹鋼鋼管全位置焊接，并研究了304不銹鋼鋼管焊接工藝。

2試驗方法及參數(shù)

    試驗材料為45 mmx8 mm規(guī)格304不銹鋼鋼管。焊接前將管道對接端面切平，并找好基準(zhǔn)點進(jìn)行對中、緊固和點焊，然后采用砂紙和拋光機(jī)打磨對接表面，并去除毛刺。使用丙酮擦拭工件表面以去除表面的油污。將準(zhǔn)備好的不銹鋼鋼管固定在焊接平臺上，密封住工件一端端口，并從另一端通入氬氣，以便對焊縫背面進(jìn)行保護(hù)。

    試驗采用全自動中文焊機(jī)，對安裝固定好的不銹鋼對接鋼管，在其待焊表面涂敷用丙酮調(diào)制成的活性劑，涂敷厚度以遮蓋母材本色為宜，涂敷寬度為10-20 mm，每米焊道的活性劑涂敷量約為0.3g．待丙酮揮發(fā)后方可進(jìn)行焊接。

    待以上所有準(zhǔn)備工作完成后，對304不銹鋼鋼管進(jìn)行A-TIG焊接試驗。焊接方法為直流正接TIG焊接，鎢極直徑2.4 mm．鎢極伸出噴嘴長度一般為5~10 mm。鎢極端部應(yīng)磨成錐形，錐頂有直徑為0.5 mm的平行臺。保護(hù)氣體為99.99%的純氬氣，采用的氣流量為12-14 Umin。為了確保焊接過程中電弧穩(wěn)定性及熔池的成型性，將試驗鋼管分成12等分．并從4個區(qū)段依次進(jìn)行焊接，304不銹鋼鋼管裝配定位如圖I所示．A-TIC焊接試驗參數(shù)見表1。

3試驗結(jié)果及檢驗

3.1外觀檢驗

    304不銹鋼鋼管焊件內(nèi)外表面情況如圖2所示，根據(jù)JB/T 7949-1999《鋼結(jié)構(gòu)焊縫外形尺寸》檢測焊件外觀，檢測結(jié)果均未發(fā)現(xiàn)未焊透、裂紋、氣孔和焊瘤等缺陷。焊縫的外表面與母材相平，內(nèi)表面焊縫余高均小于1.5 mm．完全達(dá)到了預(yù)期要求。

3.2無損探傷

  根據(jù)GB/T 12605-1990<鋼管環(huán)縫熔化焊對接接頭射線透照工藝和質(zhì)量分級》，對鋼管裂紋、未熔合、夾雜及內(nèi)凹等缺陷進(jìn)行射線探傷檢測。304不銹鋼鋼管射線探傷照片如圖3所示。檢驗結(jié)果表明：304不銹鋼鋼管焊縫宏觀形貌良好，無明顯裂紋，射線探傷評定級別在Ⅱ級以上，焊接接頭質(zhì)量符合GB/T 1205-1990標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3焊接接頭拉伸試驗

    按標(biāo)定的區(qū)域，對每個區(qū)域焊接接頭沿焊縫縱向制取170 mmx20 mmx8 mm拉伸試樣，采用上海美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司生產(chǎn)的SHT5106-P微機(jī)控制液壓電子萬能試驗機(jī)，依照ASTM A 370-2016《鋼產(chǎn)品機(jī)械性能試驗的方法與定義》標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行試驗。304不銹鋼鋼管焊接接頭拉伸試驗數(shù)據(jù)見表2．應(yīng)力一應(yīng)變曲線如圖4所示。

    由表2和圖4可知：試樣屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度結(jié)果均高于304不銹鋼鋼管母材，試樣形變量穩(wěn)定，應(yīng)力一應(yīng)變曲線平穩(wěn)，未出現(xiàn)突起及異�，F(xiàn)象，達(dá)到了技術(shù)要求。

3.4焊接接頭彎曲試驗

    焊接接頭彎曲試樣的形狀和尺寸應(yīng)符合GBfl'2649-1989<焊接接頭機(jī)械性能試驗取樣方法》中相關(guān)規(guī)定，試樣尺寸205 mmx15 mmx8 mm，環(huán)焊縫焊接接頭彎曲試驗方法按照GB/T 2653-2008《焊接接頭彎曲試驗方法》執(zhí)行。試驗采用三點彎曲法，兩個支撐滾輪和動壓頭的直徑都是20 mm，兩個支撐滾輪中心間距為42 mm．可獲得最大彎曲角度≥150°．加載速率10 mm/min。304不銹鋼鋼管焊接接頭彎曲試驗結(jié)果見表3。

    由表3可知：對焊接完成的不銹鋼鋼管按照標(biāo)定的焊接區(qū)域，對每個區(qū)域制取背彎、面彎試樣各一件進(jìn)行檢測，在正彎、面彎試樣彎角達(dá)到150°時，內(nèi)外表面焊縫均未出現(xiàn)裂紋和開裂現(xiàn)象，滿足要求。

3.5焊接接頭壓扁試驗

  焊接接頭壓扁試樣的形狀和尺寸應(yīng)符合GB/T2649-1989中相關(guān)規(guī)定，焊接接頭焊縫余高采用機(jī)械方法去除，使其與母材原始表面齊平。環(huán)焊縫焊接接頭壓扁試驗方法按照GB/T 2653-2008執(zhí)行，環(huán)焊縫應(yīng)位于加壓中心線上。當(dāng)兩壓板間距離為日時停止，標(biāo)準(zhǔn)一般要求下壓量大于1/3鋼管內(nèi)徑。304不銹鋼鋼管焊接接頭壓扁試驗結(jié)果見表4。

    由表4檢驗結(jié)果可見，未發(fā)現(xiàn)裂紋。壓扁試驗通過對管體的徑向壓縮，考核管材的徑向抗變形的能力，主要包括延塑性和變形抗力兩部分。試驗結(jié)果表明，焊接接頭均具有良好的徑向變形能力。

3.6硬度測試

    硬度測試試樣的制備、截取位置、方法及數(shù)量按GB/T 2649-1989的規(guī)定執(zhí)行。硬度試驗測試面為焊縫除去余高的外表面和內(nèi)表面，間距2 mm，硬度測試點如圖5所示。焊接接頭硬度試驗方法按GB/T 232.1-2002(金屬布氏硬度試驗方法)標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。304不銹鋼鋼管焊接接頭焊縫硬度測試結(jié)果見表5。

    由圖5和表5可知：從外表面焊縫中心到熔合線附近，硬度先變小后變大，但基本接近母材，內(nèi)表面有不同程度的軟化現(xiàn)象。加入活性焊劑，并沒有改變管材的基本組織成分，也沒有改變金相組織形態(tài)，在同一區(qū)域內(nèi)的各組試樣硬度相差不大。而外表面硬度較大是因為在焊接過程中相當(dāng)于進(jìn)行了一次熱處理，外表面的粗晶區(qū)增寬。奧氏體晶粒粗大的前提下，在適當(dāng)?shù)目绽渌俣认拢�鋼中的先共析相以針片狀形態(tài)與片狀珠光體混合存在的復(fù)相組織即魏氏體組織出現(xiàn)，這樣的淬硬組織硬度大、韌性低。

3.7焊接接頭金相顯微組織分析

  對焊接后不銹鋼鋼管的4個區(qū)域任意一個區(qū)域焊縫進(jìn)行金相組織分析，并與未加活性劑的焊縫金相組織進(jìn)行對比。304不銹鋼鋼管焊縫金相組織如圖6所示。由圖6可知，加入活性劑與未加活性劑焊接后焊縫金相組織均為奧氏體+鐵索體+少量口相。其中，加活性劑奧氏體組織細(xì)密、均勻，且鐵素體組織沿奧氏體晶界及晶內(nèi)析出，奧氏體晶粒細(xì)小，晶界線明顯；未加活性劑奧氏體組織呈拉長狀，且鐵索體呈粒狀及樹枝狀分布在晶界及晶內(nèi)，晶界不清晰。由此可見，添加活性劑焊接可明顯改善焊縫組織，晶粒細(xì)小、組織均勻，有利于力學(xué)性能的提升。

4結(jié)論

    (1)通過采用A-TIG焊接方法，8 mm厚不銹鋼可在不開坡口、不填絲的情況下，實現(xiàn)一次性焊透，并達(dá)到單面焊雙面成型的目的，焊縫宏觀形貌良好。

    (2)采用A-TIG進(jìn)行不銹鋼焊接后，焊縫組織為奧氏體+鐵索體的雙相組織，其組織與未添加活性劑焊縫組織一致，但添加活性劑可明顯改善組織性能。

    (3)在4個不同的區(qū)域進(jìn)行焊接試驗后，焊縫宏觀形貌良好，無塌陷，且經(jīng)無損檢測后，焊接接頭質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

    (4)通過對焊接后4個不同區(qū)域焊接接頭進(jìn)行機(jī)械性能測試，拉伸、彎曲及壓扁試驗結(jié)果均能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。