焊接不锈钢管材的5个技巧

不锈钢的耐腐蚀性使其成为许多关键管材应用的有吸引力的选择，包括高纯度食品和饮料、制药、压力容器和石化用途。然而，这种材料不像低碳钢或铝那样散热，而且焊接不当会降低其抗腐蚀能力。施加过多的热量输入和使用错误的填充金属是两个罪魁祸首。

遵循不锈钢焊接的一些最佳实践有助于改善结果并确保金属保持其耐腐蚀性。此外，升级焊接工艺可以在不影响质量的情况下带来生产力优势。

技巧一：选择低碳填充金属

在不锈钢焊接中，填充金属的选择对于控制碳含量至关重要。用于不锈钢管材焊接的填充金属应增强焊缝性能并满足应用要求。

寻找带有“L”标志的填充金属，例如 ER308L，因为它们提供的最大碳含量较低，有助于保持低碳不锈钢合金的耐腐蚀性。用标准填充金属焊接低碳母材会增加焊接接头的碳含量，从而增加腐蚀的风险。避免使用带有“H”标记的填充金属，因为这些填充金属提供了更高的碳含量，专为在高温下需要更高强度的应用而设计。

焊接不锈钢时，选择具有低痕量（也称为杂质）元素的填充金属也很重要。这些是用于制造填充金属的原材料中的残留元素，包括锑、砷、磷和硫。它们会极大地影响材料的耐腐蚀性。

技巧二：注意焊接准备和适当的装配

由于不锈钢对热量输入非常敏感，因此接头准备和适当的装配在控制热量以保持材料性能方面起着关键作用。由于零件之间存在间隙或装配不均匀，割炬必须在一个位置停留更长时间，并且需要更多的填充金属来填充这些间隙。这会导致受影响区域的热量积聚，从而使零件过热。不良的装配也会使弥合间隙和获得必要的焊接熔深变得更加困难。注意确保零件与不锈钢的装配尽可能接近完美。

这种材料的清洁度也非常重要。焊接接头中极少量的污染物或污垢会导致缺陷，从而降低最终产品的强度和耐腐蚀性。要在焊接前清洁基材，请使用未在碳钢或铝上使用过的不锈钢专用刷子。

技巧三：控制温度和填充金属的敏感性

在不锈钢中，敏化是失去耐腐蚀性的主要原因。当焊接温度和冷却速率波动太大时，可能会发生这种情况，从而改变材料的微观结构。不锈钢耐腐蚀性的一个关键部分是氧化铬。但如果焊缝中的碳含量过高，则会形成碳化铬。这些会束缚铬并防止形成所需的氧化铬，从而使不锈钢具有耐腐蚀性。如果没有足够的氧化铬，材料就没有所需的性能，并且会发生腐蚀。

防止敏化归结为填充金属的选择和控制热量输入。如前所述，选择用于不锈钢焊接的低碳填充金属很重要。然而，有时需要碳来为某些应用提供强度。当无法选择低碳填充金属时，控制热量尤为重要。

尽量减少焊缝和热影响区保持在高温下的时间——通常认为是 950 到 1,500 华氏度（500 到 800 摄氏度）。焊接在此范围内花费的时间越少，产生的热量就越少。始终检查并遵守应用程序焊接程序中的层间温度。

另一种选择是使用设计有合金成分（如钛和铌）的填充金属，以防止形成碳化铬。因为这些成分也会影响强度和韧性，所以这些填充金属不能用于所有应用。

技巧四：了解保护气体如何影响耐腐蚀性

根部焊道使用气体保护钨极电弧焊 (GTAW) 是焊接不锈钢管材的传统方法。这通常需要反吹氩气，以帮助防止焊缝背面氧化。然而，在不锈钢管材中使用丝焊工艺变得越来越普遍。在这些应用中，重要的是要了解各种保护气体如何影响材料的耐腐蚀性。

在采用气体保护金属电弧焊 (GMAW) 工艺焊接不锈钢时，传统上使用氩气和二氧化碳、氩气和氧气的混合物或三种气体混合物（氦气、氩气和二氧化碳）。通常，这些混合物主要包含氩气或氦气和少于 5% 的二氧化碳，因为二氧化碳会为焊池提供碳并增加敏化的风险。不建议将纯氩气用于不锈钢上的 GMAW。

用于不锈钢的药芯焊丝设计为使用 75% 氩气和 25% 二氧化碳的传统混合物运行。焊剂含有旨在防止保护气体中的碳污染焊缝的成分。

技巧五：考虑不同的过程和波形

随着 GMAW 工艺的发展，它们简化了不锈钢管和管道的焊接。虽然某些应用可能仍需要 GTAW 工艺，但先进的线材工艺可以在许多不锈钢应用中提供类似的质量和更高的生产率。

使用改进的短路 GMAW 工艺（例如 Miller 的调节金属沉积 (RMD)）进行根部焊道消除了某些奥氏体不锈钢应用中的反吹扫。 RMD 根部焊道之后可以进行脉冲 GMAW 或药芯电弧焊填充和盖焊道——与使用带有反吹扫的 GTAW 相比，这种变化可以节省时间和金钱，尤其是在较大的管道上。

RMD 使用精确控制的短路金属转移，产生平静、稳定的电弧和焊接熔池。这提供了更少的冷搭接或缺乏熔合的机会、更少的飞溅和更高质量的管道根部通过。精确控制的金属转移还提供了均匀的液滴沉积，更容易控制熔池，因此更容易控制热输入和焊接速度。

非常规工艺可以提高焊接生产率。使用 RMD 时，焊接速度可以为 6 到 12 in./min。由于该工艺无需额外加热零件即可提高生产率，因此有助于保持不锈钢的性能和耐腐蚀性。该过程减少的热量输入也有助于控制基材的变形。

与传统的喷雾脉冲转移相比，这种脉冲 GMAW 工艺提供了更短的弧长、更窄的弧锥和更少的热量输入。由于该过程是闭环的，因此实际上消除了电弧漂移和尖端到工件距离的变化。这为就位和错位焊接提供了更容易的熔池控制。最后，将用于填充和盖焊道的脉冲 GMAW 与用于根道焊道的 RMD 耦合允许使用一根焊丝和一种气体进行焊接程序，从而消除了工艺转换时间。