TⅠG焊不锈钢管内腔背保工艺探索与研究

夏萍1  郁兆明2  吴迪3

2.3中车常州车辆有限公司

摘要：针对不锈钢管道氩弧焊焊接时出现背面氧化现象，导致焊接质量得不到保证，因而探索研究制作了便捷式的充氩保护装置，通过改进充氩工艺措施来提高管道的内部清洁度和焊接质量。

关键词：不锈钢管道焊接   充氩保护装置   操作工艺

序言：

不锈钢管道在我公司应用非常广泛，主要采用0Cr18Ni9不锈钢材料，对焊接质量要求严格。由于不锈钢的特性，在实践焊接过程中,不锈钢打底时背面焊缝金属很容易氧化，合金元素烧损，易产生焊接缺点，造成焊缝金属的力学性能及耐腐蚀下降，影响焊缝背面的焊接质量，因此，应采用背面充氩对焊缝根部进行保护，对于中小直径管道或管件组对管道较短时，目前采用将管道两端用锡泊纸胶带或是木塞封口进行整体充氩，此方法在使用过程中锡泊纸胶或是木塞操作比较烦琐，安装时不稳固，而且锡泊纸胶比较单薄，在碰触时充氩口容易会裂开，导致管口里面不密封，焊缝保护效果不好，影响焊接质量。

一、不锈钢管道焊接性分析：

0Cr18Ni9钢管的化学成分和力学性能如表1和表2所示。

表1 0Cr18Ni9钢管的化学成分

C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr
≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.035	≤0.030	8.00～10.50	17.00～20.00

表2 0Cr18Ni9钢管的力学性能

σb/MPa	σp0.2/MPa	δ/%
520	205	40

0Cr18Ni9不锈钢因导热率低、膨胀系数大，在焊接过程中焊接变形大，同时Ni 、Cr元素含量较高，晶界特性和对某些微量杂质（S、P）敏感，易产生热裂纹。根据不锈钢的特性，故采用钨极氩弧焊打底，由于钨极氩弧焊保护效果好，合金元素过渡系数高，焊缝成分易控制，热量集中、热影响区窄、晶粒长大倾向小、焊接质量高，加上良好的氩气冷却效果，焊缝成形好。同时也出现了一些问题， 在不锈钢管道采用纯氩焊时，由于焊把中的氩气只可实现从内腔形成氩气保护，熔池外腔没有渣保护而直接与空气接触，当焊缝金属处于高温状态时，会与空气中氧气反应，使焊缝根部和热影响区出现氧化变色现象。

二、充氩保护法

1.原始的充氩保护法

不锈钢打底焊时存在根部氧化的问题，应采用背面充氩对焊缝根部进行保护，就是在焊缝的背面空间充满氩气，以隔断氧气与焊缝直接根部接触，达到焊缝根部金属无氧化。对于中小直径管道或管件组对管道较短时，可采用整体充氩，原始的充氩方法将管道两端用锡泊纸胶带封口，由管子的一端充入氩气，另一端封口上部打上排放孔，主要是防止收弧时管内压力过大，造成接头收弧困难，产生凹坑等缺陷。此方法操作简单，但是在操作过程中，锡泊纸胶比较薄，不牢靠，在碰触时充氩口容易会裂开，导致管口里面不密封，焊接时不稳定现象。如果如图1所示：

 

2.改进的充氩保护法       

不锈钢焊接接头全部为组合焊接，针对以上问题制作一种便捷可靠的管道充氩装置，在管子内两侧制造一个气室进行氩气保护。如图中所述：包括：底板1；两旋进机构2，其呈相对设置在底板1两侧，其端部设置有空心模套管4；两调压机构3，其呈相对设置在底板1两侧，并位于两旋进机构2之间；充气口5，其开设在其中一空心模套管4端部；出气口6，其开设在另一空心模套管4端部；当需要对两管道7进行焊接时，管道7置于调压机构3上，通过调压机构3对管道7进行高度调整，使得管道7插入至空心模套管4内；旋进机构2带动空心模套管4、管道7进行轴向运动，完成两管道7的间距调整后，调压机构3将管道7进行固定；当需要对两管道首先置于调压机构上，通过调压机构将管道的轴线与空心模套管的轴线处于共线状态，此时通过旋进机构将空心模套管套入至管道端部，带动管道进行轴向运动，进而调整两管道之间的间隙，完成两管道间隙的调整后，在通过调压机构将管道进行固定，防止两管道在焊接过程中发生相对位移，通过充气口向空心模套管内通入氩气，氩气经管道从另一空心模套管的出气口排出，实现了两管道的焊接，以及通过氩气对两管道焊接位置的保护。

三、操作工艺

1)焊前准备：加工V形坡口60º、坡口内、外侧应清理干净，

每侧10-15mm处不得有油、锈、 水、垢等杂物，修磨出金属光泽。

图3 坡口形式和焊接

2)对打磨好的管件安装充氩装置进行组装定位，装配间隙为2～3mm,

焊点长度为10mm,定位焊点两端应预先打磨成斜坡，焊接质量要求焊透并且不能有焊接缺陷。

3)氩弧焊焊接前，应先在管道内充氩气将管内空气置换干净后再

进行焊接，刚开始流量适当加大，等空气排净后流量逐渐减小，流量尽量保持在5-7L/min左右。

4)氩气密度比空气大，在置换管内空气时，采取低充高排的原则，同时适当延长充气置换时间。

5)管内充氩装置保护效果可根据焊缝内部颜色来辨别，一般为银白和金黄保护效果良好。

6)焊接工艺参数表

焊道	焊接 方法	焊丝 牌号	焊丝直径 （mm）	焊接 电流 （A）	焊接速度（mm/min）	钨极直径（mm）	气体流量 （L/min）
1	TIG	ER310	Φ2.5	90～100	80～100	2.4	8～10
2	TIG	ER310	Φ2.5	80～90	80～100	2.4	8～10

7)打底焊时，用食指与拇指勾住焊枪，其余手指斜靠着管壁作为支撑，焊枪头与管道两侧成90℃，在管道下部5点至7点，焊接时采用管道坡口内加丝的方式能有效地避免在仰焊位出现的内凹现象，钨极始终都要垂直于管子的轴心以控制好熔池的大小，保护好熔池不被氧化。

8)焊接过程中，钨极端部离焊件约2mm左右，焊丝要顺着坡口沿管子的切点送到熔池的前端，在焊枪摆动时在焊接坡口位置进行一定程度的停留，等钝边处熔化后开始填丝，焊枪匀速向上移动，并作窄幅横向摆动，两边稍作停顿，焊丝均匀地、断续地送进熔池并向前施焊。若熔孔不明显时，暂停送丝，电弧稍作停留，待熔孔恢复正常时，恢复送丝。

9)焊接过程中要控制好层间温度和焊接速度，以减少焊接热输入。采取在焊缝两侧用湿布进行降温，减少焊道的高温停留时间，层间温度控制在150℃以下。

10)收尾时为了减少充氩气流量，采用充氩气流量不变，旁侧打开排气来保证焊接保护效果。

四、结语

通过使用不锈钢管道充氩装置，所施焊管子与充氩装置安装快捷方便、稳固，氩气管连接便捷可靠，管内充氩装置起到很好的保护效果，内表面成形很好，提高了产品焊接质量，同时也为我们公司提高了工作效率，降低了返修成本。

五、参考文献

[1]陈祝年.焊接工程师手册.北京：机械工业出版社，2010

[2]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册第2卷. 北京机械工业出版社 2001.2