绝缘接头柔性衬垫法混合气体保护打底焊接工艺

西安泵阀总厂有限公司 （陕西 710032） 杨永良

1. 概述

绝缘接头安装于石油、天然气输送管线上，是管道阴极防腐保护的必备部分，能够避免两端管道形成金属的导电通路。

以前，我公司常用的绝缘接头法兰-短管环缝打底焊接方法为手工氩弧焊，这种方法的缺点是：对焊工的操作水平要求较高，容易出现咬边、烧穿和未焊透等缺陷，效率低，焊缝背面平整度差，需要打磨或机加工，成本高。

为了克服氩弧焊打底焊接技术的不足，我们试验了柔性衬垫混合气体保护打底焊接方法。

2. 工艺方案

进行打底焊前，法兰-短管之间预留一定间隙，用氩弧焊点固一定长度之后，环缝背面粘贴一层柔性衬垫，然后用混合气体保护自动焊进行打底、填充、盖面焊缝的焊接。对于φ1.2mm的焊丝，组对间隙为2.5±0.2mm；沿圆周方向每隔120°点固1处，每处点固焊缝长30mm，厚度2mm；衬垫选用由铝箔背胶带以及耐高温纤维带构成的柔性衬垫。

3. 焊接工艺试验及焊接工艺评定

针对柔性衬垫混合气体保护打底自动焊工艺，进行了焊接工艺试验及焊接工艺评定。试验所用焊机为本公司的卧式自动MAG焊接专机，试件材料为API 5L L245，包括φ88.9mm×7.1mm、φ108mm×7mm、φ114.3mm×8mm、φ159mm×6mm、φ168.3mm×11mm各1组，试件端部在车床加工出30°坡口和0.5～1mm钝边，坡口正面和背面20mm范围内清除铁锈、油脂及污物，使之露出金属光泽。试件装配定位焊时所用焊丝为J50。点固完成后，将衬垫贴于试件背面，粘贴时使衬垫的中线与试件间隙中线相重合，衬垫与试件紧密贴合。焊接方向采用左焊法，接头形式如图1所示。

图1 柔性衬垫强制成形单面焊接接头形式

试验所用保护气体为80%Ar+20%CO2，焊丝为CHW—50C6实芯焊丝，φ1.2mm。焊接参数为：焊接电流180～200A，电弧电压22～25V，焊接速度350～400mm/min，气体流量15L/min。采取多层摆动自动焊方式，每层焊缝接头部位错开10～20mm，每层焊缝厚度2mm。

焊接完成后去除衬垫，焊缝外形平整、美观，无焊接缺陷，背面成形情况如图2所示。

图2 柔性衬垫法混合气体保护打底焊焊缝背面外观

为考察柔性衬垫会不会影响根部焊缝化学成分，从打底焊缝背面车削铁屑，进行化学成分分析，附表为化学成分分析结果。

柔性衬垫法混合气体保护打底焊背面焊缝化学成分（质量分数） （%）

由附表可见，焊缝成分符合API 5L L245材料要求，柔性衬垫对根部焊缝化学成分没有影响。

焊缝按JB/T4730.2—2005进行射线探伤，达到了Ⅱ级质量标准。

4. 焊接接头的力学性能

对φ168.3mm×11mm规格的试件焊接接头进行拉伸、弯曲、冲击试验，皆符合NB/T47014—2011标准要求。其中抗拉强度为505MPa、520MPa；常温冲击值（7.5mm×10mm试样）分别为：焊缝：242J、210J、222J；热影响区：186J、228J、182J。面弯、背弯试样弯曲180°之后皆无开裂缺陷，说明焊接工艺评定合格。

5. 生产验证

结合生产任务，针对DN80mm、DN100mm、DN150mm、DN200mm、DN250mm及DN500mm等6个口径、9个品种的管子壁厚15mm以下绝缘接头法兰-短管的焊接，应用了柔性衬垫法混合气体保护打底、填充、盖面焊接工艺，一次焊接合格率（射线探伤合格率）达到95%以上（手工氩弧焊打底焊合格率为85%以上），工效比手工氩弧焊打底提高了3倍。焊缝背面成形美观，焊缝经水压强度试验及高压气密试验，均未发生泄漏。

6. 结语

工艺评定及生产实践表明，柔性衬垫法混合气体保护打底焊工艺焊缝质量可靠，效率高，劳动强度低，是DN80～500mm、壁厚≤15mm绝缘接头法兰-短管打底焊接的优选工艺。