双人同步TIG焊在制作液氧液氮贮槽中的应用

■ 赵成刚，耿忠权，赵 亮，喻政国

1. 概述

在鞍山钢铁公司的5组35000m3/h制氧工程中，液氧液氮贮槽材质为SUS304钢，壁厚为6mm，贮槽高约12m，直径约10m，焊接工作量很大。若采用常规的焊条电弧焊或者单人双面TIG焊制作方法，既要开坡口，焊接后还要清根，再封底焊，不仅增加了焊接工作量，还增加了焊接材料的消耗。为能提高生产率，降低成本，特提出采用双人同步TIG焊新工艺在SUS304钢焊接中进行探索和尝试。

2. 双人同步TIG焊试验

（1）SUS304钢的特点 简单的说SUS304钢就是304不锈钢，相当于我国的06Cr19Ni10(0Cr18Ni9)。SUS是日本材料标准，304不锈钢是按照美国ASTM标准生产的不锈钢牌号。SUS304含铬量在18%以上，含镍量在8%以上，在室温下呈单相奥氏体组织，具有高的耐蚀性，在低温、室温及高温下均有较高的塑性和韧性，以及较好的冷作成形和焊接性。但室温下的强度较低，晶间腐蚀及应力腐蚀倾向较大，不能通过热处理强化。

（2）双人同步T I G焊操作方法 双人同步T I G焊接就是两名焊工分别在工件的正反面，沿同一方向同时进行的手工钨极氩弧操作的方法。在试验中利用双面焊枪产生的电弧力作用形成一个向上、向中间的托力，并与熔池的表面张力共同对熔池起支承作用，从而防止了熔池金属下淌而获得完美的焊缝。因为两把焊枪输出的电弧热量更加集中，在保证了焊透性和双面成形的同时，可以大幅度降低焊接电流，控制热输入，减少焊缝在425~815℃的晶间偏析温度区停留时间，双面氩气保护也防止了氢脆和氧化的产生。经反复试验得出如下要点。

第一，尽量选用两台品牌、型号相同的TIG 焊设备，保证焊机的技术性能指标相同，避免在焊接过程中相互干扰，破坏焊接熔池的稳定性。

第二，双人同步TIG焊只适合对接接头焊接操作，并且在对接立位和横位焊接最有优势，工程中的其他位置和其他接头形式的焊缝不适合双人同步TIG焊。

第三，通过试验确定：6mm的SUS304不锈钢板I形坡口对接焊缝采用双人同步TIG立焊、横焊时，壁板装配必须留有一定间隙才能保证熔透质量要求。最佳装配间隙为3~5mm，局部最大间隙不允许超过6mm，能实现美观的双人焊一次成形的焊缝。

（3）焊接参数 SUS304不锈钢双人同步TIG焊电源极性采用直流正接。焊接时要求两侧焊接电流不能相差太大，否则焊接电流大的一方，焊接电弧力也偏大，会对另一方焊接熔池产生较大冲击力，使熔池两侧控制能力失衡，造成焊缝表面质量变差，焊缝内部易产生缺陷。SUS304不锈钢的热导率数仅为普通碳钢的1/3，故焊接过程中尽量减小焊接电流，控制热输入，减少在高温区停留时间，防止产生晶间腐蚀。双人同步TIG焊对焊接速度要求也十分严格，要求主枪在前，副枪在后，双枪的焊接速度要保持一致，才能获得优质焊缝。

3. 焊接工艺评定

（1）焊接工艺试验各项参数 试板选用两对板厚为6mm，尺寸为400mm×150mm，材料为SUS304不锈钢板进行双人同步TIG立焊和横焊试验。经多次试验优化，各项工艺参数为焊机选用同一厂家制造的ZX7—400STG逆变焊机，焊丝牌号H0Cr21Ni10，焊丝直径为3.0mm，采用I形坡口形式。焊前进行机械清理，清除表面氧化膜，焊缝间隙为3~4mm，施焊参数如表1、表2所示。

（2）焊接接头质量评定 本评定按NB/T47014—2011规定进行焊接试件、检测试样、测定性能。经鉴定焊缝圆滑过渡，色泽金黄，焊纹均匀，成形美观，无表面缺陷；焊缝内部无裂纹、气孔、未焊透和未熔合等缺陷。各项力学性能满足贮槽焊接技术条件要求，确认试验结果合格。评定结果证明，制作板厚为6mm的液氧液氮不锈钢贮槽，采用双人同步TIG立焊和TIG横焊，完全可以达到液氧液氮贮槽质量要求。

4. 在液氧液氮贮槽中应用

鞍山钢铁公司液氧液氮贮槽采用倒装法施工。以储罐罐底为基准平面，先安装顶层壁板和贮槽顶部，然后自上而下逐层壁板组装焊接与顶起进行制作安装。所有对接立焊和对接横焊缝全部采用双人同步TIG焊。为保证贮槽的焊接质量，双人同步TIG焊接时，由一名焊工在设备的内部，持主枪进行焊接，选用较大的焊接电流，焊丝紧贴贮槽填入熔池；另一名焊工在贮槽外部，持副枪选用比主枪小5~10A的焊接电流进行跟随焊接，不填（或少添）焊丝，引导熔池金属与母材熔合。副枪不能超前，间距不能超过 5~10mm，保持不大于一个熔池长度，形成焊接熔池正反两侧始终处于氩气的保护下，有效防止背面焊缝金属“发黑”氧化。副枪操作者既要熔化接头根部的填充金属和母材金属，又要用电弧力托住熔池金属，避免因正面焊缝背透过多而产生焊瘤，从而形成焊道平直、成形美观的金黄色焊缝外观。

液氧液氮贮槽制作完成后，液氧液氮贮槽所有“丁”字形接头对接焊缝全部100%射线探伤，其他对接焊缝进行20%探伤检查。经双人同步T I G焊接的对接立焊缝和对接横焊缝探伤合格率达99%，达到了预期效果。

表1 双人同步TIG 焊立焊焊接参数

表2 双人同步TIG 焊横焊焊接参数

5. 双人同步TIG焊的评价

在制氧工程液氧液氮贮槽中应用双人同步TIG立焊和横焊，既能减小焊接残余应力和变形，又能减少坡口加工及清根工序。不仅降低了制造成本，缩短1/3工程周期，而且无损检测合格率达到了99%。目前这项工艺技术已在公司其他大直径碳钢、不锈钢管道打底焊中推广使用。

[1] 张应力.新编焊工使用手册[M].北京：金盾出版社，2004.

[2] 戴树新.焊接生产管理与检测[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3] 雷世明.焊接方法与设备[M].北京：机械工业出版社，1998.