高压管道内焊缝特殊气室保护焊

马继斌

【摘 要】手工钨极氩弧焊是高压低温管道现场焊接常用的方法，尤其对于外线管道现场焊接。管管对焊（内径大于Φ100mm）的管道，由于管体长，管道腔体大，氩气难以把管道腔体内的空气置换干净，所以就造成内焊缝保护效果不理想，颜色不达标，内焊缝成型不理想，易形成氧化物、多余物等现象。经过反复推敲多次实践，采用“焊接气体保护法”解决了以上问题，提高了产品的焊接质量。

【关键词】高压；低温；管道腔体；置换；气室

0 引言

1）随着社会经济日新月异的发展，航天事业发展蒸蒸日上，而高压金属管道焊接技术是航天发射试验系统中不可缺少的部分。它的焊接质量关系到航天试验发射任务的成败。高压金属管道输送低温、高压、易燃、易爆等危险产品的主要途径。

2）高压管道焊接工作量大，焊缝多，为了提高焊接质量，避免氧化物、多余物、可脱物发生，在管道焊接过程中必须严格执行相关制造标准，在管道焊接过程中必须对焊接技术、操作者素质、材料、焊接工艺等进行全方位监管，以杜绝高压管道的质量事故发生。

1 焊接质量要求

1.1 对于内径大于Φ100～Φ300的高压低温管道焊接，尤其是管管对接，要求100%射线探伤，Ⅰ级合格。

1.2 室内外高压供气管路或低温液氧、液氮、液氢管道，要求内部无氧化物、多余物、可脱落物，内焊缝均匀、光滑，色泽呈银白或黄金色。外线管道焊接为了减少漏点，管管对焊克服管道尺寸长、焊缝多、管腔空间大、气体保护不理想、加工环境复杂、焊接难达标的困难。

2 焊接中产生的质量问题

在管道加工过程中，对于内径大于Φ100mm的管道，尤其是管管对焊，管道长，管道内部空间大，足量的氩气对内焊缝的保护很难达到理想状态，导致内焊缝严重氧化，形成氧化物、多余物、可脱落物。内焊缝余高不够，焊缝颜色呈黑色，无法满足射线探伤和使用以及技术要求。

3 焊接质量问题带来的危害

3.1 航天产品绝对不允许腔体里有多余物、氧化物和可脱落物。由于大口径管道一般都是主管道，内焊缝保护不理想，就会产生氧化物、多余物和可脱落物。内焊缝成型不理想等缺陷。

3.2 管道在输送高压气体或低温液体时，受到冲击或震动，内焊缝的氧化物、可脱落物会成为管道内的多余物，损坏系统中的设备，甚至会影响到发射试验任务。

3.3 内焊缝成型不理想，就会造成射线探伤不合格，焊缝强度达不到要求，对整个管路就会存在重大的安全隐患。

4 焊接原理

4.1 传统的内保护方法是管道两头密封，由于管道长，内径大，管道内部空间相对变大，足量的氩气很难把管道腔体里的空气置换掉。在高温下内焊缝就会被氧化，内焊缝颜色呈黑色，影响内焊缝质量。

4.2 现在的内保护方法是取焊缝左右100mm位置，长度约200mm作为一个小腔体，利用Φ14×2金属硬管把氩气输入进去，对内焊缝进行保护。由于极大地缩小管道腔体保护空间，使用同样氩气量或更小氩气量对内焊缝进行保护，焊接质量得到了明显提高。

5 气保护措施的改进

采用“气室保护”进行的焊接方法，是将传统的管道两头密封方法改为焊缝两侧密封，缩小管道腔体保护空间。

例Φ108×4，长度约18米的管道，V1為缩小后的空间，V为原有空间，L1为缩小后的长度约200mm：

V1/V=πr2L1/πr2L=L1/L=200/18000=1/90

由上例可看出，缩小后的管道腔体是原有管道腔体的1/90，空间极大缩小，充足的氩气保护更利于内焊缝成型，保护效果也会更理想。工艺原理如下图1：

注：①所用硅胶片是工业耐高温硅胶，厚度2～4mm，外径尺寸大于焊接管道内径3～6mm，中心钻Φ10mm小孔。（2片）

②Φ10×1不锈钢管一端封堵，一端焊接直通接头，长度大约500mm。在距离封堵一端约150mm位置钻Φ1～Φ2小孔4～6个，以便使保护气均匀进入保护腔体。

③不锈钢片4片，外径尺寸小于焊接管道内径尺寸5～8mm，厚度1～1.5mm，不锈钢片中心钻Φ10mm小孔。

④抱箍4个，为固定不锈钢片和硅胶的位置。

以上就是气室所需材料及原理图。每次使用可将焊接管道对接好，利用加长不锈钢管连接气室，将气室送入需保护位置，通过焊缝间隙观察气室所在正确位置，保护气体可通过加长不锈钢管进入气室，更好的保护内焊缝。

6 新工艺的优点

6.1 “气室保护焊”改变以往两头密封的气体保护方法，通过缩小保护腔体，使焊缝得到充分保护，避免氧化物、多余物和可脱落物的产生，内焊缝成型好，色泽优。

6.2 “气室保护焊”能极大地减少氩气使用量，节约氩气成本。

6.3 “气室保护焊”在同内径尺寸的管道中可重复多次使用。

6.4 打底焊一次成型，内窥镜检测100%合格，探伤100%合格，焊缝Ⅰ级率达99%，大大减少返修率。

7 结论

7.1 “气室”使用方便，适合在复杂环境下工作。

7.2 节约成本，提高生产效率。

7.3 在同行中积极推广，效果显著。

【参考文献】

[1]鲁爱琴，张正先，宋胜英，等.GB50236-98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》北京 中国建设部标准定额研究所，1998.

[2]冯志伟.《焊接技术》.天津：天津市邮政报刊发行局，2014-2015.

[责任编辑：田吉捷]