薄壁不锈钢管道焊接技术研究.docx

薄壁不锈钢管道焊接技术研究徐锴斯, 顾春玲(中国有色金属十一冶安装公司, 广西 柳州 545007)摘 要: 介绍薄壁不锈钢管道焊接的技术、 方法和焊接的工艺参数。关 键 词: 薄壁不锈钢管; 焊接; 管内充氩气; 双面成型中图分类号:t g44文献标识码:b0问题的提出某新建食品厂, 是一家全套设备及工艺从欧美进口的现代化食品工艺厂, 总投资 2100 万美元,其中安装工程量 1100 万美元。 在安装过程中, 最突出的问题是 4000 多米薄壁小口径不锈钢管道焊接。 不锈钢材质为 304l (相当于我国 00c r18n i10, 其化学成分为: c 0103、s i1100、m n = 2100、s01025、p 01035、c r = 17100- 19100、n i= 10100- 121001 。焊丝由国外进口材质与母材相同, 直径为 5 116, 管道最大直径为 d 3772, 最小直径为 d 101,接, 总焊口量约 6500 个。其连接方式是焊接和法兰连接, 个别位置与设备连接出现厚薄管对焊连薄壁不锈钢管输送的介质为生产原料或者产品。 如果管道在安装过程中, 管内焊缝有毛刺、 凹坑、 焊缝过高等缺陷, 会导致产品或原料在管内积留造成腐烂变质, 影响产品质量。 所以对该种管道的焊缝成型焊缝高度 0mm - 1mm , 坑深度不超过 013mm ,要求特别高, 要求双面成型, 不允许咬边和未焊透,尤其是管内焊缝必须成型均匀, 光滑无毛刺, 焊缝高度均匀 0mm - 013mm , 针对此情况, 对该工程薄壁不锈钢管道的焊接, 反复研究、 试验、 总结焊接技术数据, 改进和提高焊接技术, 保证了工程安装质量要求。焊接设备选择由于本工程不锈钢管壁薄 1mm - 2mm , 焊接熔浅, 焊缝要求双面成型, 管口不被氧化等条件, 选择直 流钨极氩弧焊机 (正接法) 2 , 焊机型号为 a t - 180。它具有以下特点: 能满足本工程薄壁不锈钢管焊接的 要求。钨极因发热量小, 不易过热, 同样大小直径的钨极可以采用较大的电流, 工件发热量大, 生产率高, 而且由于钨极为阴极, 热电子发射力强, 电弧稳定而集中。氩气有效地隔绝周围空气, 钨极不发生反应, 钨极氩弧焊中电弧还有自动清除工件表面氧化的作用。 钨极电弧稳定, 即在很小的焊接电流下仍可稳定 燃烧, 特别适用于薄壁管的焊接。 热源和填充焊丝可分别控制, 因而热输入易调节, 可进行各种位置的焊接, 也是实现单面焊双面成型的理想方法。 由于填充焊丝不通过电弧, 故不会产生飞溅, 焊缝成形美 观。1焊接方法的选择 焊接方法的选择, 应根据被焊工件的材质和质量要求等情况来决定。 该工程主要是薄壁小口径不锈钢2收稿日期: 2001205227作者简介: 徐锴斯 ( 19652) , 男, 广西桂平市人, 中国有色金属十一冶安装公司工程师。82广西工学院学报2001 年 12 月管道, 焊缝要求双面成型, 光滑无毛刺, 按这种情况, 根据钨极氩弧焊机(a t -180) 的性能和其优点, 选择管内充氩气手工钨极氩弧焊。 选用的依据主要是氩气是惰性气体, 在焊接中被焊金属和焊丝的合金元素不易被烧损, 焊缝成型美观、 光滑、 无毛刺、 质量好, 同时还减少了清渣和酸纯化等工序, 焊速快, 工效 高, 能满足工程质量和工期要求2 。3 焊接工艺要求311气体保护效果氩弧焊的保护气体氩气是柔性的, 极易受到外界因素扰动而遭破坏, 为得到良好的保护效果, 应注意 以下几个因素:气体的流量从理论上看, 气体的流量越大, 保护层抵抗空气影响能力愈强。 但是在实践中, 我们发现, 当气体流 量过大时, 保护层会产生不规则的流动, 反而使空气卷入, 降低保护效果, 影响焊缝质量同时也浪费气体,所以在焊接时必须根据实际情况选择(见表 1)。表 1 不锈钢管道焊接参数管道壁厚(mm )焊接电流(a )焊接电压(v )氩气流量(l m in )喷咀直径(mm )钨极伸长(mm )焊丝直径(mm )焊接层次240- 5020- 2112108- 101161161125- 3020- 218- 10108- 101喷嘴直径喷嘴直径与气体流量的大小成正比,喷嘴直径增大,气体流量同时增大。这时被保护区也必然增大, 保或会防碍焊工视线, 而影响焊接效果, 影响质量。护效果愈好。但是喷嘴过大时, 会防碍某些位置的焊接,此外, 氩气消耗量增大, 会增加工程成本, 故喷嘴直径应根据管道的厚薄程度来确定 (见表 1)。喷嘴到工件的距离一般认为, 距离越远, 保护效果越差, 反之则越好, 但实践证明, 喷嘴至工件之间的距离只能根据钨 棒的伸出长度来确定, 如钨棒伸出长度为 2mm - 3mm (我国常规) 时, 则喷嘴到工件的距离为 2mm - 3mm 。但这样的伸出长度在该工程的薄壁不锈钢管道焊接中, 是无法达到要求的。 我们经试验采用钨极伸出长度为 8mm - 10mm , 这时喷咀到工件的距离为 10mm - 13mm , 以薄壁小口径不锈钢管道, 此法获得较窄的焊 缝, 且表面光滑, 根部焊透, 也不出现凸凹现象, 双面成型效果好。焊接速度和外界气流氩弧焊时, 由于焊炬本身移动速度大而快, 如遇到正气流侵袭, 保护气体就可能偏离被保护融池, 保 护效果就会显著变差。 尽量避免在室外操作, 如确需在室外操作时, 应采用挡风装置, 同时要注意控制一定的焊速。管内充氩气保护管内充氩气保护, 在引弧前 10 秒- 20 秒, 启 动开关送气阀, 将管内的空气排除, 并调节流量 表所需的流量, 对小管道可采用满充, 对大口径管道采取局部充氩, 以减少氩气用量 (见图 1)。312钨极直径钨极直径根据管壁厚薄程度选择, 管壁越厚所需电池越大, 钨极直径要直应增大, 反之则小。一定的钨极直径具有一定的极限电流, 如果焊接 电流超过钨极可能承受的极限电流, 钨极就要强图 1 管内充氩保护示意图11 钢板; 21 橡胶板; 31 小管; 41 螺栓; 51 管道83第 4 期徐锴斯等: 薄壁不锈钢管道焊接技术研究烈发热, 甚至融化蒸发, 引起弧不稳,313焊接电源种类与极性焊缝夹钨。 本工程选择钨极直径为 5 116mm 。钨极氩弧焊电源分交、直流两种, 极性分正接法和反接法两种。选择时, 主要取决于被焊工件的材质。对该工程不锈钢的焊接, 应选择直流电源, 正接法 (工件正接)。所以阴极斑点在钨极上比较稳定, 电子发 射力强, 电弧稳定, 可采用较大的许可电流, 而钨极烧损少, 焊接质量有保证。314 焊接规范的选择焊接规范是否合理, 直接影响焊接质量, 由以上几点理论分析及该厂薄壁不锈钢管道焊接的实际经验 及数据, 将其选择的焊接规范列于表 1。315 焊接引弧及熄弧提前 10 秒 20 秒启动开关充氩气, 以排除管内的空气, 并调节流量计到所需的气流量, 然后方可引弧 进行焊接。在管道焊接时, 焊把的角度根据焊接位置的不同而作相应的改变, 该厂的薄壁不锈钢管道焊接,除了钨极伸出长度与我国一般规定不同外, 焊把角度的变化和操作方法也有所不同, 如对管件进行点焊固定, 一般不加填充金属, 由工件自熔, 一般先点两点各为 120, 第三点是仰焊处为弧点 (360)。 起弧时 焊把与工件的角度为 90, 根据被焊接管道的大小逐步改变角度。操作时则以食、母指夹往焊把, 其余三指 扶住管, 沿着管壁自下而上顺园周方向移动。 这种方法的好处是夹焊把之手可借管来稳定, 持续操作不发抖, 焊把和工件保持的距离相对稳定, 电弧不发生长短变化, 可获得较理想的焊接接头。 此外, 在焊接过 程中, 焊把不能横向摆动, 在每一焊道或转角需熄弧时, 关闭开关后不能立即抬起焊把, 应停留 5 秒 10 秒, 待弧坑冷却到一定温度后才能抬起焊把。 否则该处会发黑, 焊缝表面会氧化3 。管及管件法兰焊接4管对接: 管组对时, 内壁内齐, 对口间隙 0mm 011mm , 如图 2 所示。为保证组对尺寸, 防止焊接 变形和错位, 影响焊接的正常进行和焊缝成形, 大都进 行了定位焊, 定位焊点的间距根据被焊材料的牌号、 厚度、 接头型式而定。 不锈钢由于比低碳钢的线膨胀系数大, 焊接变形大, 故点焊应小。 对较薄的易变形 的焊件, 间距也应小, 对钢性较大和裂纹倾向大的焊件, 为避免焊点开裂, 应采用长焊点, 并缩 短定位焊点尺寸。定位焊应保证完全焊透和连接可靠, 焊点 应低平, 并不宜过长、 过宽、 过高, 以免影响焊接正常进行和焊缝成型, 为避免定位焊点氧4化, 点焊时应使氩气在点焊处停留到焊点凝固不受氧化为止。如发现点焊开裂, 应及时处理,防止缺陷留在焊缝内, 影响焊接质量。焊接时, 由于不锈钢和氧的亲和力很大, 管内侧必须充氩气保护, 以保证内壁成型焊缝不受氧化。 并 防止熔焊金属过烧产生焊接缺陷。 对管径小的管道, 可采用整管充氩, 这种充氩方法比较简单。 但随着管线长度增加, 氩气浪费较大, 一般情况下, 采用分段组装焊接, 少量的中间焊口用可溶纸把所焊管口两侧堵住 (距焊口 200mm 300mm ) , 在水压试验时, 可溶纸自行溶化。厚薄管对接。 厚度不等的不锈钢管对接, 出现在设备管头壁厚, 配装的管道壁簿, 该厂的管道大部图 2 薄壁不锈钢管的对口分 2mm 厚, 部分设备的管道 5mm 6mm 厚, 管壁厚度差 3mm 4mm 厚,无法按规定的要求处理, 如不处理, 会出现未焊透, 焊瘤或无法焊接等问题, 主要原因是焊接时薄壁管已熔化, 而厚壁仍未达到熔点温度。为避免问题的出现, 必须将厚壁管磨成 45坡口, 薄管加成 20坡口, 这样, 焊后就完全能满足质量要求(见图 3)。84广西工学院学报2001 年 12 月三叉管的焊接: 三叉管焊口焊接的关键:下料要准确; 装配要合理; 坡口要合理加工; 否 则就不能满足要求。 下料时, 开孔的孔径应与 连接管的内径相等, 然后开坡口, 连接管同样 必须做坡口加工 (见图 4)。加工后进行装配点焊时, 应由技术较好的焊工进行, 每焊一个三 叉口的 14, 有四次角度变化, 每次送丝速度都 不同, 在二管夹角为 90处为关键部位, 这里的 焊速应较慢, 才能焊透, 然后相应加快焊速, 把 与工件夹角保持 75 80之间。 焊后内部光滑平整, 符合质量要求。法兰翻边焊接: 均采用活套法兰形式连 接, 翻边与管子焊接, 焊接时, 点焊两点 180, 找出翻边与管道同心后, 方可点焊其他固定点。 焊接的具体方法与管子焊接相同。图 3 厚薄管对接焊后的表面处理4不锈钢管焊接后, 焊缝及焊缝周围有氧化 及焊斑, 需要进行处理。 使用不锈钢刷或其它5图 4 三叉管的焊接不锈钢工具, 将焊接处的焊屑除去, 刷净,然后采用以下方法将焊缝或焊缝周围的斑渍除去。 仔细地清除除斑剂配比如下:焊缝逢围的焊屑,酸洗液配比:钝化液配比:然后用刷子涂上除斑剂,盐酸 (比重 1119)硝酸 (比重 1142)20m l、 水 100m l、 硝酸 (比重 1142) 30m l5% 、 重铭酸钾 2% , 其余为水。涂上去斑剂后, 滞留 10 分钟, 然后用强水流冲洗, 再用钝化液钝化, 去斑剂中加适量的硅藻土制成膏状, 便于垂直表面或水平管下部焊缝的处理。由于去斑剂是危险品, 具有很强腐蚀性, 因此, 使用过程中要带防腐手套及防护眼镜。结论对于薄壁不锈钢管道现场安装, 采用管内充氩手工钨极氩弧焊的焊接工艺, 能够获得高质量的焊接接 头。 焊缝双面成形, 过渡均匀、 光滑, 无毛刺, 能满足生产工艺要求。参考文献6yb 804- 70 锅炉压力容器技术标准规程汇编 s 1中国机械工程学会焊接学会 1 焊接手册 m 1 北京: 机械工业出版社, 199211234叶秀华 1 焊接施工技术m 1 四川:四川科技出版社, 19911强十渤, 程协瑞 1 管道工程安装施工工艺手册 m 1 北京: 中国计划出版社, 19921a study of we ld in g techn o logy of the sta in le ss stee l p ipe of th in wa llxu k a i2si, gu c h u n 2lin g(n o 111 m e ta llu rgy an d in sta lla t io n com p an y o f c h in e se n o n fe r ro u sm e ta l, gu an gx i l iu zho u 545007, c h in a)a bstra c t: t h e p ap e r in t ro du ced th e w e ld in