化学取样管及热工仪表管TIG焊接工艺

摘 要：火电厂检修经常进行一些设备及自动化改造，这就涉及到化学取样管，热工仪表管的焊接。测量温度和压力的热工仪表管、化学取样管的直径都很小且管壁较薄，它的焊接不同于其他较大直径管子的焊接工艺，要求完全焊透且承压不堵不漏。因而奥氏体不锈钢小径管在电力防腐设备中得到广泛的应用。虽说奥氏体不锈钢焊接性良好，但由于焊接工艺不正确经常会出现裂纹、气孔、变形和堵塞等焊接缺陷。本人从焊接工艺和焊接操作方法上分析其原因，结合自己工作的实践经验，可以通过不留钝边、间隙，打底层焊缝不填丝的方法来消除上述焊接缺陷，从而获得焊接质量良好的焊接接头。

关键词：不锈钢 小径管 氩弧焊 焊接工艺分析

中图分类号：TM621.8 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）09-0-01

一、课题现状

在我厂的化学取样管及热工仪表管改造工程中，采用了大量直径较小的奥氏体1Cr18Ni9Ti不锈钢管作为化学取样管及热工仪表管，取样管规格在? 16×3mm-?12×2mm。如我厂主蒸汽压力取样管，工作压力9.8Mpa，工作温度540℃。取样管在高温高压下运行，如不对其焊接检修工作提出极为严格的要求，将对设备的安全稳定运行产生很大影响。因此，为了保证焊接质量，对化学取样管及热工仪表管的焊接工艺进行探讨、修改及应用是非常有必要的。2016年在我厂4号机组A级修中，对化学取样管及热工仪表管进行了技术改造，针对以往手采用手工电弧焊和氧、乙炔气焊焊接质量不良的现象，经过分析研究决定采用不留钝边或极小钝边、间隙，不填焊丝打底层全氩弧直接熔透焊接工艺，经过实践检验是正确的。

二、问题的提出及分析

虽然奥氏体不锈钢焊接性良好的，不易出现焊接缺陷，但在现场具体的检修过程中，由于取样管的直径太小，刚性较低，焊接后极易产生弯曲变形，需要重新進行校正，校正不当容易在热影响区出现裂纹等缺陷，导致管道的焊接难度不少。由于取样管运行工况在连续高温高压下，不允许出现夹渣、未焊透、裂纹、焊瘤等焊接缺陷，表面成形要求良好，焊缝高度0.5—1mm最佳，没有内凹。在整体施工前采用手工电弧焊焊接几十个焊口，经过金属探伤发现焊接质量差，全部不合格。为此，对各种焊接方法进行比较以后，采用手工钨极氩弧焊的焊接方法具有操作容易，焊接质量稳定的优点。因此决定以1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管为试样，其规格?14×3mm，采用手工钨极氩弧焊方法进行焊接工艺试验和分析。

三、焊接工艺试验及分析

1.焊前准备

选用ZX7—400IGBT直流逆变焊机；极性：直流正接；氩弧焊枪、喷嘴及钨极的选用：QQ85/160A-1，? 8mm直径喷嘴，Wce-20铈钨极，?1.6mm，钨极锥度30°；要求氩气纯度≧99.95%。

2.焊接材料

焊丝：TGS-308L，?1.6mm，焊前仔细清理焊丝上的油污打磨干净至露出金属光泽。

3.坡口制备

?14×3mm1Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢管8节，长度100mm。开V型坡口，单边坡口角度15°-20°，不留钝边和间隙，管口齐平，管口两侧内外壁10mm范围内的铁锈、油污打磨干净，直至露出金属光泽。

4.工艺检验

4.1焊接工艺参数：

焊接时选择的工艺参数，必须保证点焊点牢固和焊透，没有烧穿现像、焊瘤等缺陷为原则，并保证盖面层成形美观、无缺陷。

具体的焊接工艺参数见表1。

截取与焊接用管子相同规格，200mm管子2节作为点固对口工具，对口处不留间隙。点焊点位于9--11点钟处，如图1所示。点焊缝不填丝直接将母材熔化，以减轻管内壁的氧化程度。点固长度3mm左右，工艺参数见表一。

4.2打底层焊接

将点固好的4件试样分为两组，水平固定、垂直固定个两件。水平固定管焊接起始位置见图1，自时钟6点处起焊，逆时针方向焊至时钟12点处收弧，再自6点处顺时针方向完成另一半焊口。

打底层的焊接；由于管径较小、不填丝，在焊接过程中，焊枪要保持与焊接点切线方向垂直，焊枪喷嘴与试件的夹角要始终保持为 75—80?，最大程度保护焊接熔池。电弧引燃后待两侧均匀熔化形成熔池后，速度稍快，匀速向前施焊，焊枪不做摆动，尽量做到始终保持钨极与熔池间距离2.5—3.0mm.

焊接时从时钟6点处起弧，顺时针方向向上焊至12点处，两面对称焊接，与点焊处接头时要确保完全熔透完成打底层焊接。

4.3盖面层焊接

盖面层焊接时，水平固定管应自下而上两面对称焊接。施焊时，电弧引燃必须在坡口内并侧采用划擦法，起弧位置：从6点钟施焊，电弧引燃后，坡口边缘熔化形成熔池后，采用间断送丝法向坡口内填充焊丝。送焊丝时动作要轻，不要影响氩气的流动，以免影响氩气保护效果。焊丝端头应始终处于氩气保护区，不能脱离保护区，以防止发生氧化。起弧和收弧应略低，便于接头和收弧，收弧时要填满弧坑，防止产生缩孔和弧坑裂纹。在焊接过程中，要注意焊枪应始终保持与施焊切线位置垂直， 焊丝与焊枪的夹角一般为90?。整个过程完成后，表面不能有超标缺陷。

垂直固定管的盖面层焊接，在打底焊道上引弧后，焊丝始终靠在焊缝上坡口，焊丝送进在焊缝上坡口熔化，通过焊枪的上下摆动将铁水带至上下坡口。焊丝送进时，应严格控制熔滴大小，否则容易出现满溢、焊缝上坡口咬边和焊缝余高不足。焊枪在坡口边缘间上下摆动，电弧熔化焊丝后焊枪向坡口下部边缘摆动，稍做停顿后，焊枪回到坡口上部边缘，依次循环。要求熔池形状和大小基本一致，焊道收尾时，头尾搭接10mm，然后用电流衰减法收弧。

4.4焊接工艺实验结论

经过焊前准备和工艺探讨分析后，由具有C类钢材焊接合格证和1类压力容器持证焊工依照上述工艺要求完成了两组8件的试样焊接，焊缝外观经评定合格但是经金属无损探伤、断口检查发现有4件试样存在超标缺陷。主要原因是第一组水平固定管2件，垂直固定管2件（采用留钝边、间隙、打底层焊缝填焊丝的焊接工艺），背面氧化严重，内部氧化成渣，4个焊口无一合格，根本达不到质量要求；第二组水平固定2件，垂直固定2件（采用不留钝边、间隙、打底层焊缝不填焊丝的焊接工艺），4个焊口全部合格，从而说明采用不留钝边、间隙、打底层焊缝不填焊丝的焊接工艺是正确的。

四、现场实际应用

2016年6月，在我厂4号机组A级检修中，我们采用上述氩弧焊焊接工艺，对热工压力流量设备及化学取样管进行了技术改造。在对? 16×3mm 、 ? 14×3mm 、 ? 12×3mm三种规格 1Gr18Ni9Ti 不锈钢高压取样管的焊接焊口施焊中，一次合格率非常高，效果良好。

结语

通过对1Gr18Ni9Ti奥氏体不锈钢化学取样管及热工仪表管的焊接，在现场实际检修焊接中的实际应用中，使我们认识到，运用手工钨极氩弧焊焊接方法，采用不留间隙、不留钝边，打底层焊接不填焊丝的焊接，焊缝成型美观，焊接缺陷少，操作简便易学，可以有效的保证焊接质量，同时可极大的提高工作效率。对于其它材质的小直径管的焊接，具有一定的借鉴价值。

参考文献

[1]郭延秋.大型火电机组检修实用技术丛书 金属与焊接分册[M]中国电力出版社.2003（09）

[2]李勇.锅炉压力容器焊工理论基础[M]甘肃科学技术出版社.1993（10）.

[3]中国就业培训技术指导中心.国家职业资格培训教程[M]中国劳动社会保障出版社.2006.

[4]武江，周国萍.焊接手册[M]机械工业出版社.2001.

作者简介：马云，（1975-），男，高级技师，助理工程师，长期从事燃煤火力发电厂金属焊接工作。