多孔不锈钢管与致密法兰焊接工艺

　　1 前言

　　众所周知，多孔不锈钢过滤器在化工、制药、饮食等行业已被广泛使用[1]。过滤管与致密法兰的焊接是生产不锈钢过滤器的重要工序。现今国内大多数过滤管生产厂家采用的焊接工艺，只要求焊缝外表面无缺陷，外表美观，这样的焊缝强度可以满足使用要求。但在过滤环境要求严格的情况下（如生产己内酰胺），像过滤介质有中强腐蚀性或过滤介质对过滤元件有反复冲击和震荡，这时过滤器和法兰的焊缝若有较大的热影响区（特别是在多孔基体上）或因未焊透而产生的管与法兰的配合间隙，都会影响过滤管的使用寿命。为了提高焊缝的机械强度、疲劳强度和耐腐蚀性能，寻求获得全焊透焊缝及较小的热影响区的焊接工艺是一个重要途径。本文采用不同的工艺参数和接口方式，对此工艺进行了研究。

　　2 试验方法

　　2 . 1 材料

　　多孔不锈钢（304L）过滤管，内径45 mm，外径50 mm，长度30 mm；致密的不锈钢（304L）法兰有两种形式（尺寸见图1 ）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图　１
　　2 . 2 焊接接头和坡口选择

　　本试验所采用的焊接接头和坡口有A 、B 、C 三种类型（见图1）。三种接头中法兰和多孔过滤管均能定位且间隙适当，配合时用手锤轻敲进人。

　　2 . 3 焊接

　　采用带氨气保护罩的钨极电弧焊机，焊件立放（法兰朝上）于保护罩中的旋转平台上，钨极与竖直线成30°-54°角（指向中心），钨极尖端距焊件高度2-3 mm , 距边沿水平距离2-5mm。选取焊接电流、速度等工艺参数，采用交叉配合法选择工艺参数，对A 、B 、C 三类接头类型分别焊接。全部焊接试样沿径向剖开，测量焊缝宽度（a）、热影响区（b）和熔深（h）数值，如图2 所示。

　　

　　由表1 、表2 可知，A10 号（属A 类接头）、C4 号（属C 类接头）试样已经焊透，但是两者的焊缝宽度、热影响区( HAZ ）宽度均比未焊透焊缝的相应值大的多，焊缝宽度可大3 一4 mm , HAZ 宽度可大2 一3 mm ，外观质量并不理想。要获得全焊透的焊缝，我们有必要给予焊缝加大的能量，其大小采用单位焊缝长度获得的能量表示，即线能量。表达式为：

　　E = IUT/L = IU/V （l) 其中：

　　E 为线能量，J / mm

　　I 为焊接电流，A

　　U 为焊接电压，本试验中为固定值，20v

　　T 为焊接时间，S

　　L 为焊缝周长，mm

　　v 为线速度，mm/s

　　由式（1）可知，焊接电流/越大，线速度越v小时，线能量E 就越大，这种情况有利于获得全焊透的焊缝。表1中的A10和表2 中的样品，焊接的线能量分别达到了440 J / mm 和567，J / mm ，相对于其它样品焊缝获得的能量大一些，这些能量足以熔化金属获得全焊透的焊缝。但是，研究者也发现，A10 和C4 的热影响区也较大。在焊接过程中，多孔过滤管受到熔池热源的影响，温度升由于多孔体中表面能大并存在大量空气，孔隙内壁集能绷会发生氧化组织变化[3]，这将导致热影响区的多孔管与基体在强度、耐蚀性等方面不一致，若在过滤介质为腐蚀性的情况下使用，则为一大隐患。在滤管的生产中应尽量避免造成热影响区很宽的现象。

　　3.2 减小热影响区（HAZ )

　　减小热影响区有两个途径：一是降低线能量，但降低线能量对于获得全焊透焊缝不利：二是采用不同的发兰联接坡口。对于相同焊接参数的B 、C 两类接口可有效地减小热影响区的宽度（见表3）。为减小焊接熔池向多孔管体传导热量，B 类接头把焊缝直接暴露于熔池中，使致密发兰凸沿与多孔管沿充分获得能量，同时熔化成为熔池，达到联接的目的，这时HAZ （热影响区）宽度小得多。C 类接头在焊接时，致密的法兰熔化后向坡口处塌陷，并粘附于多孔管截面上并向孔隙中渗透熔液，传导热量，这种热量比A 类接头焊接时传导给多孔管的热量少。同样地，HAZ 宽度小些。

　　表3 各类接头焊接参数及焊缝特征对比

　　注：编号中大写字母A，B，C分别代表A，B，C三类接头方式。

　　3 . 3 理想的焊接工艺

　　通常焊缝宽度小，热影响区宽度小，熔深大（最好焊透）为一个较理想的焊缝质量。焊缝宽度小时过滤器有效过滤面积大，热影响区宽度小熔深大时有利于提高过滤管的耐腐蚀性能。为了获得理想的焊接效果，由表3 可知，B 、C 接口方式有利于把能量集中在焊缝上

　对降低热影响区宽度和提高熔深有作用。最终选择的焊接工艺见表4 。

　　表4 理想的焊接工艺