緊湊密排金屬管道焊接工藝

杭州市設(shè)備安裝有限公司 （浙江 310005） 明瑞云 李立人

1.概述

在金屬結(jié)構(gòu)安裝、檢修的工程中，管道緊湊密排的結(jié)構(gòu)屢見不鮮，給管道的焊接施工帶來很大困難，對焊接質(zhì)量也造成嚴(yán)重影響。

2.結(jié)構(gòu)型式

隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，余熱發(fā)電項目也迅速掘起，如：水泥窯余熱發(fā)電鍋爐、玻璃廠生產(chǎn)線尾氣余熱發(fā)電鍋爐、冶煉廠尾氣余熱發(fā)電鍋爐或鍋爐、熱交換器等，排管結(jié)構(gòu)的檢修工程中常遇到緊湊密排的管道，如圖1、圖2所示。

這些結(jié)構(gòu)的排管排列間隙往往在6mm左右（設(shè)計值），而實際值在1～5mm之間，如圖3所示，給焊接施工帶來很大困難。

圖1 建設(shè)中的郴州良田水泥余熱電站

圖2 已完工的株洲玻璃余熱電站

圖3 排管

3.工藝原理

熔化焊接過程中，熔池金屬從固態(tài)到液態(tài)再回到固態(tài)的整個冶金反應(yīng)過程必須得到良好的保護(hù)，氣焊熔池靠氣體火焰保護(hù)、焊條電弧焊熔池靠電弧氣體保護(hù)，埋弧焊熔池靠焊劑熔渣保護(hù)，而鎢極氬弧焊熔池靠氬氣保護(hù)，這些保護(hù)層起著隔離空氣和保護(hù)冶金反應(yīng)的作用，所以這些保護(hù)層的方向應(yīng)盡量垂直于熔池表面，一般的鎢極氬弧焊（TIG）焊接方法焊接時焊炬噴嘴與工件的角度，如圖4所示，才能保證整個冶金反應(yīng)過程的穩(wěn)定，而達(dá)到良好的焊接質(zhì)量。 TIG焊接方法是完全依靠氬氣來保護(hù)熔池區(qū)域的，而緊湊密排管道兩管之間的間隙很小，焊炬噴嘴幾乎與管子的切線平行，如圖5所示，氬氣完全不能起到保護(hù)作用，導(dǎo)致窄間隙區(qū)域中的焊縫內(nèi)產(chǎn)生大量氣孔缺陷，焊縫質(zhì)量無法保證。為解決這一難題，我公司結(jié)合湖南郴州良田水泥有限公司余熱電站安裝工程中的φ38mm×3mm20鋼管，根據(jù)施工現(xiàn)場情況進(jìn)行了實物模擬試驗，采用了“主氣+輔助氣”的TIG（手工鎢極氬弧焊）焊接工藝，此施工工藝解決了緊湊密排管道焊接接頭的焊接質(zhì)量問題，并在其他類似工程中相繼采用。采用本工藝后降低了窄間隙排管焊接接頭的施焊難度，使焊接質(zhì)量得到了保證。

圖4

圖5

焊接熔池區(qū)域的良好保護(hù)是保證焊接質(zhì)量的重要措施之一，而TIG焊接方法中氬氣起著唯一的保護(hù)作用，如果氬氣保護(hù)不當(dāng)，會給焊接質(zhì)量帶來嚴(yán)重影響，甚至導(dǎo)致焊接操作過程無法正常進(jìn)行。利用“主氣（引弧用保護(hù)氣體，引弧時如果得不到氬氣保護(hù)，將不能順利引弧，而導(dǎo)致焊接無法進(jìn)行）+輔助氣（焊接用保護(hù)氣體）”對熔池區(qū)域進(jìn)行保護(hù)的施焊工藝，確保了焊縫金屬從固體熔化到凝固結(jié)晶的整個冶金過程得到了氬氣的充分保護(hù)，如圖6所示。

圖6

4.操作要點

按現(xiàn)場施工要求準(zhǔn)備TIG焊機(jī)、氬氣、氬氣輸送設(shè)施等焊接機(jī)具的同時還須準(zhǔn)備輔助氣輸送噴嘴（將QS70/400焊炬槍頭拆卸后套上塑料軟管即可），如圖7所示。

圖7

嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)范及本施工工藝制作焊接工藝評定報告（PQR）。

根據(jù)評定合格的PQR編制焊接工藝卡（WPS）。

焊接操作過程中一般為兩人共同進(jìn)行，一人持焊炬主焊，如圖8所示，一人持輔助氣噴嘴在背面協(xié)助焊接，如圖9所示。

圖8

圖9

焊絲的填充須從噴嘴的側(cè)方進(jìn)行，如圖8所示，通常TIG焊接方法焊絲的填充是在噴嘴的前方進(jìn)行，如圖4所示。

輔助氣為焊接用保護(hù)氣體，必須盡量垂直于焊接熔池（鎢極前端）。

為了不讓輔助氣被主氣沖散而影響焊接質(zhì)量，輔助氣必須大于主氣，氬氣流量應(yīng)在20～24 L/min之間，通常TIG焊接方法的保護(hù)氣體流量應(yīng)在8～12L/min之間。

主氣為引弧用保護(hù)氣體，為了引弧順利，流量應(yīng)在4～5 L/min之間。

通常采用TIG焊接方法施焊時鎢極伸出長度為3～5mm，而在緊湊密排管道中兩管之間的間隙很小，焊炬噴嘴無法伸進(jìn)，為了使電弧能在兩管夾縫中引燃，鎢極伸出長度應(yīng)≥10mm，根據(jù)管直徑來確定，管直徑大些而伸出長度相對長些，而鎢極的保護(hù)也是靠輔助氣完成的。

本方法是在TIG焊接方法中通過“主氣+輔助氣”雙重保護(hù)的焊接工藝，克服了常規(guī)TIG焊接方法的局限性，有效地提高了TIG焊接方法的“可焊到性”，可保證焊接接頭狹窄間隙區(qū)域的焊接質(zhì)量及焊接過程的穩(wěn)定。

本工藝操作簡便、實用性強(qiáng)，焊工只需通過簡單的培訓(xùn)就可上崗施焊。

5.適用范圍

本工藝適用于緊湊密排窄間隙金屬管道的TIG方法的焊接施工，也可推廣到其他相應(yīng)焊接方法的窄間隙金屬管道焊接接頭的焊接施工。

6.結(jié)語

在窄間隙排管結(jié)構(gòu)焊接過程中，為保證焊接質(zhì)量，主氣+輔助氣的TIG焊接工藝得到了較為廣泛的運(yùn)用，并獲得了同行的好評。