关键词：碳弧气刨 焊接 奥氏体不锈钢 渗碳 晶间腐蚀
摘要：本文通过焊接工艺实践，对碳弧气刨一直困扰是否可以应用于奥氏体不锈钢材料焊缝清理中工作中疑问进行探讨，总结奥氏体不锈钢材料焊接应用碳弧气刨是可行的，并对使用过程中应当注意的问题提出了解决方案。 采用碳弧气刨工艺进行金属材料焊缝背面清根及不合格焊缝中的缺陷，因其具有高效、快捷、方便、易操作以及气刨过程中容易发现焊缝缺陷的特点，在原理上可以用于各种钢材，但对于奥氏体不锈钢材料焊缝是否可以采用碳弧气刨，对于大多数建筑单位和建设单位一直存有疑虑，而且相关规范中均没有禁止或同意使用的条文。
普遍的观点：采用碳弧气刨处理奥氏体不锈钢材料焊缝容易引起：
1、奥氏体不锈钢焊缝表面渗碳、夹碳；
2、奥氏体不锈钢焊缝碳弧气刨过程二次受热引起材料变形；
3、碳弧气刨产生的熔渣飞溅造成板材渗碳污染；
4、碳弧气刨后引起焊缝及母材晶间变化，降低材料耐腐蚀性。
纵观以上因素，这几点都是奥氏体不锈钢材料使用过程中十分忌讳的，但是如使用手持砂轮机清除奥氏体不锈钢焊缝缺陷及清根，由于奥氏体不锈钢材料塑性强，打磨困难，同时对于焊缝缺陷极为不易发现。为提高奥氏体不锈钢材料加工效率，我们对采用碳弧气刨加工奥氏体不锈钢材料焊缝可能产生的缺陷进行探索。
一、奥氏体不锈钢焊缝表面渗碳、夹碳
对于奥氏体不锈钢焊缝碳弧气刨后的渗碳情况，在我公司制作的奥氏体不锈钢压力容器过程中，我们对采用碳弧气刨清根后的0Cr18Ni9材料焊接工艺评定试板，通过将带碳弧气刨后表面渗碳层焊缝同使用细砂纸打磨掉渗碳层后的焊缝厚度差测量对比发现渗碳层厚度在0.3mm以内，在这个范围内使用手持砂轮机完全可以清除渗碳层，打磨难度较低，效率高于纯手持砂轮机打磨，同时焊道规则。
对于夹碳问题，我们重要考虑的是碳弧气刨工艺问题。究其发生的原因，气刨过程发生夹小笠原岛
碳主要是：
1、碳弧气刨刨削速度太快造成碳棒同金属相碰，使碳粘于刨槽顶端形成夹碳，速度过慢又会造成粘渣。
2、碳弧气刨使用电流同碳棒规格不匹配，电流过小电弧不稳，易产生夹碳，电流过大，碳棒很快烧损，甚至融化，造成严重渗碳，碳棒表面镀铜剥落造成铜斑
对于夹碳现象必须坚决避免，因为夹碳缺陷处会形成一层含碳量高达6.7％的硬脆的碳化铁．若夹碳残存在坡口中，焊后易产生气孔和裂纹，其原因主要是不遵守工艺规程，在规定的电流、操作速度完全可以避免夹碳的发生，同时在操作过程中要细心观察，及时调整刨削速度和碳棒送进速度，发生夹碳后，可用砂轮或重新用气刨将夹碳部份清除干净。
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对于铜斑，由于碳棒表面镀铜，熔化后集中熔敷到刨槽表面处而形成铜斑，焊接时，该部位焊缝金属的含铜量可能增加很多而引起热裂纹。究其原因碳棒表面镀铜不好、电流过大都会造成铜皮成块剥落而形成铜斑。因此，应选用质量好的碳捧和选择合适的电流。发生铜斑后，可用钢丝剧、砂轮或重新用气刨将铜斑消除干净。
二、奥氏体不锈钢二次受热引起变形
二次受热引起焊接变形，这是压力容器制作过程中必须严格控制的。因为由于返修焊缝造成的对接焊缝区局部棱角度变化直接影响产品质量的事件压力容器厂多数都有过经历。奥氏体不锈钢材料导热系数小，线膨胀系数大，在我们以往印象中由于碳弧气刨使用电流大，热输入值高，使用φ5.0mm圆碳棒刨削奥氏体不锈钢使用电流180～250A，而φ6.0mm碳棒电流在180～300A，电流远高于手工焊工艺允许的电流要求。奥氏体不锈钢焊接一贯的要求是小电流规范要求，在实际我们的工艺试板焊接中发现，由于碳弧气刨刨削速度快，再加上奥氏体不锈钢的导热系数小，碳弧气刨产生的热量很快被压缩空气吹走，在同碳钢材料使用碳弧气刨对比后发现碳钢气刨后的表面温度在往往300～500℃（温度高低同刨削深度及速度有关），而奥氏体不锈钢焊道表面仅在120℃左右，同时由于热输入量小，试板气刨前后棱角度检查无变化，证明碳弧气刨对于奥氏体不锈钢焊道无二次受热影响。线圈电阻
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三、碳弧气刨飞溅对奥氏体不锈钢材料造成二次污染。
对于这一点，在奥氏体不锈钢材料施工中，我们一般要求焊道两侧涂刷白垩粉，我们的试板通过涂刷白垩粉证明，碳弧气刨飞溅在涂刷白垩粉的奥氏体不锈钢材料表面不沾留。在碳弧气刨的范围只要采取必要的措施完全可以避免碳弧气刨污染。
四、碳弧气刨引起焊缝及母材晶间变化。
由于碳弧气刨热输量较小，焊缝温度没有达到650℃晶间腐蚀敏感温度不会发生晶间腐蚀。这一点我们通过对我们焊接的焊接工艺试板，按照GB/T4334.5-2000《奥氏体不锈钢硫酸—硫酸铜晶间腐蚀试验方法》试板焊缝取样进行硫酸—硫酸铜法晶间腐蚀试验结果可以看出，采用碳弧气刨清理焊道未影响焊缝的晶间腐蚀性能。
经济效益和社会效益
通过我公司一系列工艺实践证明碳弧气刨只要选择合理的工艺参数，合格的操作工人，安排相应的质量管理人员控制检查工艺过程及产品质量，碳弧气刨应用于奥氏体不锈钢材料焊缝清理完全是可行的。另外对于用于超低碳不锈钢材，在无严格可靠的质量保证措施及工艺验证下，不建议使用碳弧气刨进行焊缝清理。
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