活性气体保护焊（MAG）在大型不锈钢溶液储罐中的应用

陈伟翔

摘 要：该文通过某电厂脱硝环保改造项目不锈钢尿素溶液储罐工程，在储罐焊接过程中对活性气体保护焊（MAG）应用的尝试，总结出活性气体保护焊（MAG）焊接大型不锈钢储罐的焊接工艺。通过合理工艺设计，采用活性气体保护焊（MAG）可以满足溶液储罐设计要求，并能有效控制焊接变形，降低制造成本，缩短工期，提高效率。

关键词：活性气体保护焊（MAG） 焊接工艺 控制焊接变形 提高效率。

中图分类号：TG409 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（a）-00-02

活性气体保护焊（MAG）是一种高效、优质、低成本的焊接方法，在工程建设中的钢结构、料仓、储罐、塔器、球罐与管道等工程中广泛应用，在提高工程建设的效率，保证焊缝质量等方面表现突出。某电厂脱硝环保改造项目不锈钢尿素溶液储罐工程，其中有尿素溶液储罐四个，罐体材质为304不锈钢。规定工期15 d，工期较短，若用手工电弧焊、氩弧焊等常见不锈钢焊接方式，在规定工期内无法完成，为保证工程质量，加快工程进度，决定尝试使用活性气体保护焊（MAG）。

1 活性气体保护焊（MAG）

1.1 熔化极气体保护焊（GMAW）及其分类

熔化极气体保护焊（GMAW）是采用连续等速送进可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝和母材，形成熔池和焊缝的焊接方法。为了得到良好的焊缝应利用外加气体作为电弧介质保护熔滴、熔池金属及焊接高温金属免受周围空气的有害作用。由于不同的保护气体及焊丝对电弧状态、电气特性、热效应、冶金反应及焊缝成形等有着不同的影响，因此根据保护气体的种类分成不同的焊接方法。如图1所示。

图1 熔化极气体保护焊分类

以氩、氦或其混合气体等惰性气体为保护气体的焊接方法称为熔化极惰性气体保护焊（MIG）；在氩气中加入少量氧化性气体（O2、CO2或其混合气体）混合而成的气体作为保护气体的焊接方法称为熔化极活性气体保护焊（MAG）；采用纯CO2气体作为保护气体的焊接方法称为CO2气体保护焊。

1.2 活性气体保护焊（MAG）的特点

活性气体保护焊（MAG）（熔化极气体保护焊）在工艺、生产率与经济效果等方面具有以下特点：（1）是一种明弧焊，便于发现问题及时调整，焊接过程与焊缝质量易于控制；（2）没有熔渣，焊后不需要清渣，提高了生产效率；（3）采用自动焊丝输送机构，焊接速度快，提高了生产效率，且焊丝利用率高，提高了焊材使用率，节省了成本；（4）适用范围广，易进行全位置焊及实现机械化和自动化；（5）焊接飞溅大，焊缝成形及焊后处理操作较麻烦；（6）抗风能力差，不适合在现场及露天施焊；（7）电弧辐射、焊接烟雾大，影响焊工身体健康。

2 大型不锈钢溶液储罐的焊接

2.1 大型不锈钢溶液储罐的焊接难点

大型不锈钢尿素溶液储罐的焊接，存在以下工程难点：1）不锈钢的焊接难度大；2）不锈钢板厚度大，都在6 mm以上；3）焊缝要求高，需要焊透不漏液；4）焊接变形控制；5）焊接工程量大，有环焊缝、立焊缝、平焊缝、横焊缝等多位置，且焊缝长。

2.2 焊接方法选择

某电厂脱硝环保改造项目不锈钢尿素溶液储罐工程，其中有尿素溶液储罐四个，罐体材质为304不锈钢板。工期要求仅有15 d时间，若采用常规手工电弧焊，焊接质量难以保证，且焊接速度慢，难以达到项目工期要求。为了顺利完成溶液储罐工程，争取工期，保证质量，决定选择熔化极气体保护焊（活性气体保护焊（MAG））。

2.3 焊接工艺

（1）焊接设备选择。焊接设备采用焊王NBC-350A气体保护焊机及送丝机构。（2）焊丝选择。根据母材304不锈钢，选择匹配材质焊丝，本次采用E308L焊丝；焊丝尺寸选择考虑工件厚度及送丝机构，采用Φ1.2 mm焊丝。（3）保护气体的选择。采用纯氩作保护气体焊接不锈钢时，由于产生阴极斑点漂移现象使电弧不稳定，焊缝成型不好，故常采用Ar+（1～5%）O2或Ar+（5～10%）CO2弱氧化性混合气体。本工程选用90%Ar+10%CO2气体作为焊接保护气体。（4）接头设计。坡口参见GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊坡口基本形式及尺寸》设计，如图，坡口加工采用刨边机机械加工或采用等离子切割完成，需用磨光机打磨呈金属光泽，坡口表面不得有裂纹、夹杂、分层等缺陷。

图2 坡口形式图

（5）焊接工艺参数 焊接电流（送丝速度）、电弧电压、焊接速度和氩气流量等，决定着电弧形态、熔滴形式和焊缝成型。通过工艺评定，活性气体保护焊（MAG）双面焊接不锈钢的工艺参数如表1所示。6）不锈钢溶液罐焊接质量控制 大型不锈钢溶液罐的罐底板与罐顶板，由于规格较大，需要多块钢板拼接制作，合理的排板设计，能有效的减少焊缝长度，提高效率。排板设计中，应充分考虑对称布置焊缝，拼板对接接头，采用（4）坡口形式，焊接时按照对称原则，从中间向两边铺开的顺序，两名焊工同时对称施焊。采用双面焊接，工艺参数参照（5），利用活性气体保护焊（MAG）连续施焊的特点，得到的焊缝成形美观，表面过渡光滑，无表面缺陷，保证焊缝质量。罐壁板组对时，根据坡口点对，保证内表面齐平，错边量控制在允许的误差范围内。焊接时，先焊接罐壁间纵缝，再焊接环缝，最后施焊内侧焊缝。纵焊缝的布置，应采用交错对称布置，对称交错施焊，以减少焊接变形；环焊缝焊接按照对称施焊原则，焊接由4名焊工沿圆周均布，朝同一方向用分段退焊或跳焊法施焊，严格控制层间温度不超过100 ℃，有效控制焊接变形。罐壁板焊接，同样应采用双面焊工艺，以确保焊缝质量。

表1

焊接

层次 焊接电流 电弧电压 焊接速度 焊丝伸出长度 焊接

方向

I/A U/V v/（L/min） /mm

1 150～180 21～25 30～40 10～15 右焊法

2 180～210 25～29 20～30 10～15 右焊法

图3 焊缝成形效果

不锈钢溶液罐焊接完成后，对焊接飞溅进行打磨，焊道酸洗，表面抛光等工艺处理，保证产品质量。如图3所示。

3 质量检测

3.1 外观质量验收

对焊接好不锈钢尿素溶液罐焊缝进行外观检查，焊缝成形美观，表面过渡光滑，无表面缺陷，符合设计要求。不锈钢罐罐体外形美观，变形小，罐体高度，椭圆度等均符合设计要求。工程外观质量验收为合格。

3.2 焊缝无损检测

按照GB150-1998《钢制压力容器》标准，焊接接头类别分为ABCD四类。如图4所示。

图4 压力容器焊接接头分类示意图

根据设计图纸技术要求，对AB类别焊缝进行1%射线RT检测，按照JB4730-94《压力容器无损检测》标准检验，Ⅲ级合格，经评定焊缝合格。对CD类别焊缝进行100%渗透PT检测，按照JB4730-94《压力容器无损检测》标准检验，Ⅰ级合格，经评定焊缝合格。

3.3 设备充水试验检测

根据图纸要求，对制造完成的设备进行充水试验，无渗漏；无可见的变形；试验过程中无异常的响声。达到GB150-1998《钢制压力容器》标准合格。

4 经济效益

活性气体保护焊（MAG），焊接过程中，焊丝通过机械连续输送，焊接速度快，同时焊丝利用率高，降低了焊接成本。据相关文献显示，活性气体保护焊（MAG）与焊条电弧焊比总成本降低39.6%～78.7%；活性气体保护焊（MAG）比焊条电弧焊提高功效3.28倍。

5 结语

经过十几天的连续努力，在克服了工艺探索等困难之后，不锈钢尿素溶液储罐工程按期完成。经实践检验，通过合理的施工工艺，采用活性气体保护焊（MAG）可以满足大型不锈钢溶液储罐设计要求，并能有效控制焊接变形，降低制造成本，缩短工期，提高效率。

参考文献

[1] 陈瑞，杨庆来.药芯焊丝CO2气体保护焊在不锈钢材料焊接中的应用[J]，焊接技术，2002（4）.

[2] 中国机械工程学会焊接学会编.捍接手册：焊接方法及设备：第1卷[M].2版.北京：机械工业出版社，2001.

[3] 王玉松，刘斌.CO2/MAG气体保护焊在石油工程建设中的应用[J]，焊接技术，2006（S1）.