高壓管道內焊縫特殊氣室保護焊

馬繼斌

【摘 要】手工鎢極氬弧焊是高壓低溫管道現場焊接常用的方法，尤其對于外線管道現場焊接。管管對焊（內徑大于Φ100mm）的管道，由于管體長，管道腔體大，氬氣難以把管道腔體內的空氣置換干凈，所以就造成內焊縫保護效果不理想，顏色不達標，內焊縫成型不理想，易形成氧化物、多余物等現象。經過反復推敲多次實踐，采用“焊接氣體保護法”解決了以上問題，提高了產品的焊接質量。

【關鍵詞】高壓；低溫；管道腔體；置換；氣室

0 引言

1）隨著社會經濟日新月異的發展，航天事業發展蒸蒸日上，而高壓金屬管道焊接技術是航天發射試驗系統中不可缺少的部分。它的焊接質量關系到航天試驗發射任務的成敗。高壓金屬管道輸送低溫、高壓、易燃、易爆等危險產品的主要途徑。

2）高壓管道焊接工作量大，焊縫多，為了提高焊接質量，避免氧化物、多余物、可脫物發生，在管道焊接過程中必須嚴格執行相關制造標準，在管道焊接過程中必須對焊接技術、操作者素質、材料、焊接工藝等進行全方位監管，以杜絕高壓管道的質量事故發生。

1 焊接質量要求

1.1 對于內徑大于Φ100～Φ300的高壓低溫管道焊接，尤其是管管對接，要求100%射線探傷，Ⅰ級合格。

1.2 室內外高壓供氣管路或低溫液氧、液氮、液氫管道，要求內部無氧化物、多余物、可脫落物，內焊縫均勻、光滑，色澤呈銀白或黃金色。外線管道焊接為了減少漏點，管管對焊克服管道尺寸長、焊縫多、管腔空間大、氣體保護不理想、加工環境復雜、焊接難達標的困難。

2 焊接中產生的質量問題

在管道加工過程中，對于內徑大于Φ100mm的管道，尤其是管管對焊，管道長，管道內部空間大，足量的氬氣對內焊縫的保護很難達到理想狀態，導致內焊縫嚴重氧化，形成氧化物、多余物、可脫落物。內焊縫余高不夠，焊縫顏色呈黑色，無法滿足射線探傷和使用以及技術要求。

3 焊接質量問題帶來的危害

3.1 航天產品絕對不允許腔體里有多余物、氧化物和可脫落物。由于大口徑管道一般都是主管道，內焊縫保護不理想，就會產生氧化物、多余物和可脫落物。內焊縫成型不理想等缺陷。

3.2 管道在輸送高壓氣體或低溫液體時，受到沖擊或震動，內焊縫的氧化物、可脫落物會成為管道內的多余物，損壞系統中的設備，甚至會影響到發射試驗任務。

3.3 內焊縫成型不理想，就會造成射線探傷不合格，焊縫強度達不到要求，對整個管路就會存在重大的安全隱患。

4 焊接原理

4.1 傳統的內保護方法是管道兩頭密封，由于管道長，內徑大，管道內部空間相對變大，足量的氬氣很難把管道腔體里的空氣置換掉。在高溫下內焊縫就會被氧化，內焊縫顏色呈黑色，影響內焊縫質量。

4.2 現在的內保護方法是取焊縫左右100mm位置，長度約200mm作為一個小腔體，利用Φ14×2金屬硬管把氬氣輸入進去，對內焊縫進行保護。由于極大地縮小管道腔體保護空間，使用同樣氬氣量或更小氬氣量對內焊縫進行保護，焊接質量得到了明顯提高。

5 氣保護措施的改進

采用“氣室保護”進行的焊接方法，是將傳統的管道兩頭密封方法改為焊縫兩側密封，縮小管道腔體保護空間。

例Φ108×4，長度約18米的管道，V1為縮小后的空間，V為原有空間，L1為縮小后的長度約200mm：

V1/V=πr2L1/πr2L=L1/L=200/18000=1/90

由上例可看出，縮小后的管道腔體是原有管道腔體的1/90，空間極大縮小，充足的氬氣保護更利于內焊縫成型，保護效果也會更理想。工藝原理如下圖1：

注：①所用硅膠片是工業耐高溫硅膠，厚度2～4mm，外徑尺寸大于焊接管道內徑3～6mm，中心鉆Φ10mm小孔。（2片）

②Φ10×1不銹鋼管一端封堵，一端焊接直通接頭，長度大約500mm。在距離封堵一端約150mm位置鉆Φ1～Φ2小孔4～6個，以便使保護氣均勻進入保護腔體。

③不銹鋼片4片，外徑尺寸小于焊接管道內徑尺寸5～8mm，厚度1～1.5mm，不銹鋼片中心鉆Φ10mm小孔。

④抱箍4個，為固定不銹鋼片和硅膠的位置。

以上就是氣室所需材料及原理圖。每次使用可將焊接管道對接好，利用加長不銹鋼管連接氣室，將氣室送入需保護位置，通過焊縫間隙觀察氣室所在正確位置，保護氣體可通過加長不銹鋼管進入氣室，更好的保護內焊縫。

6 新工藝的優點

6.1 “氣室保護焊”改變以往兩頭密封的氣體保護方法，通過縮小保護腔體，使焊縫得到充分保護，避免氧化物、多余物和可脫落物的產生，內焊縫成型好，色澤優。

6.2 “氣室保護焊”能極大地減少氬氣使用量，節約氬氣成本。

6.3 “氣室保護焊”在同內徑尺寸的管道中可重復多次使用。

6.4 打底焊一次成型，內窺鏡檢測100%合格，探傷100%合格，焊縫Ⅰ級率達99%，大大減少返修率。

7 結論

7.1 “氣室”使用方便，適合在復雜環境下工作。

7.2 節約成本，提高生產效率。

7.3 在同行中積極推廣，效果顯著。

【參考文獻】

[1]魯愛琴，張正先，宋勝英，等.GB50236-98《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》北京 中國建設部標準定額研究所，1998.

[2]馮志偉.《焊接技術》.天津：天津市郵政報刊發行局，2014-2015.

[責任編輯：田吉捷]