多孔不锈钢管与致密法兰焊接工艺

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。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，而且外表美观，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。由于采用不同的工艺参数和接口方式，下文对此工艺进行了研究。

例如：长度30mm致密的不锈钢（304L）法兰有两种形于保护罩中的旋转平台上，钨极与坚直线成30°~54°角（指向中心），钨极尖端距焊件高度2-3mm，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1。

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。

我们认为，当熔深h大于多孔管的壁厚时，在滤管内部可以发现一圈熔化金属，这时的焊缝称为全焊透焊缝。试验中部分试样焊接工艺参数及焊缝特征见表1、表2 。

表1 A 类接头焊接参数及焊缝特征

表2 C类接头焊接参数及焊缝特征

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。

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。

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

结论

1.不锈钢过滤管与致密法兰间的全焊透焊缝是以较大的热影响区为代价的。

2.B、C两类接头方式焊接可有较减少热影响区。

3.控制焊接线能量在360-480J/mm，采用B、C两类接头是理想的焊接工艺。