奧氏體不銹鋼管背面自保護(hù)TGF焊絲打底焊接工藝

王小會(huì)

摘? 要：石油化工行業(yè)中，強(qiáng)腐蝕性物料反應(yīng)、運(yùn)輸和儲(chǔ)存均需使用不銹鋼壓力容器和不銹鋼管道，不銹鋼焊接質(zhì)量的好壞直接決定著壓力容器的使用壽命。本文通過采用實(shí)芯焊絲和背面自保護(hù)TGF焊絲兩種焊絲焊接對(duì)比試驗(yàn)，分別從焊接接頭外觀、力學(xué)性能、施工難易程度及施工成本等方面進(jìn)行分析和比較，論證了背面自保護(hù)TGF焊絲的打底焊接優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：不銹鋼管? 氬弧焊打底? 背面自保護(hù)? TGF焊絲? 缺欠

不銹鋼中含高鉻、鎳等合金元素，為防止高溫下熔池氧化、合金元素?zé)龘p，焊接時(shí)采用氬氣保護(hù)，氬氣既不與高溫金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不溶解于液態(tài)金屬，很好地起到隔離空氣與高溫熔敷金屬的作用。但若背面保護(hù)不好，易氧化發(fā)生晶間腐蝕、成型不良或接頭力學(xué)性能不合格等焊接缺欠。

常規(guī)不銹鋼管道采用鎢極氬弧焊打底，充氬工序繁瑣、保護(hù)質(zhì)量不穩(wěn)定，充氬量依據(jù)不銹鋼管內(nèi)腔大小決定，很不經(jīng)濟(jì)。本文介紹日本油脂公司開發(fā)的TGF焊絲，因其能在熔池背面形成致密的保護(hù)膜使背面不受氧化，而達(dá)到和原有充氬工藝相同的目的，目前已成功應(yīng)用于石油化工、電力建設(shè)、特種設(shè)備制造等行業(yè)的不銹鋼焊接。

一、自保護(hù)TGF焊絲背面保護(hù)原理

背面自保護(hù)TGF焊絲（下稱TGF焊絲）是在實(shí)芯焊絲的外表面包裹了一層藥皮涂層，外形與不銹鋼焊條相似，藥皮中加入的造渣劑、脫氧劑、脫硫劑等在焊接過程中起到了很好的穩(wěn)弧、脫氧、脫硫和改善操作性能等作用。TGF焊絲利用渣氣保護(hù)機(jī)理保護(hù)背面焊縫不受氧化，焊道冷卻后熔渣自行脫落，支持全位置焊接，焊接過程穩(wěn)定，耐腐蝕性強(qiáng)，焊縫質(zhì)量優(yōu)良^【1】。

二、焊接試驗(yàn)

本文以相同試件為例，分別采用實(shí)芯焊絲和TGF焊絲進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)焊接，從焊接接頭的外觀、力學(xué)性能、施工難易程度及施工成本等方面進(jìn)行分析和比較^【2】，驗(yàn)證TGF焊絲的焊接優(yōu)越性。

2.1焊接材料選用

焊接試驗(yàn)選用材質(zhì)為022Cr19Ni10（GB/T14976-2012），規(guī)格φ114×6×300不銹鋼管2組，V型60⁰機(jī)加工坡口，99.99%氬氣，母材、焊絲化學(xué)成分及力學(xué)性能見表2.1。

2.2焊前準(zhǔn)備及層間控制

焊前打磨坡口兩側(cè)各20mm，丙酮清洗表面油污，兩側(cè)涂防飛濺劑，6點(diǎn)、12點(diǎn)方向點(diǎn)焊，焊機(jī)選用WS-400逆變焊機(jī)，焊工為熟練氬弧焊工。氬氣流量控制正面14L/min，背面16L/min，層間溫度≤150℃，TGF焊絲使用前應(yīng)進(jìn)行40～50℃低溫烘干10～20分鐘。焊接參數(shù)見表2.2。

由表2.2知，焊接電流控制自保護(hù)TGF焊絲要比實(shí)芯焊絲大一些，這是因?yàn)門GF焊絲不僅要熔化實(shí)芯焊絲還要熔化焊絲外面的藥皮。

三、焊接接頭質(zhì)量比較

對(duì)比兩塊試板焊縫外觀：成型美觀、無焊瘤、咬邊、燒穿、夾渣及未焊透等缺陷，焊接變形和余高均滿足要求，RT檢測(cè)無裂紋，力學(xué)性能檢測(cè)合格，試驗(yàn)結(jié)果見表3.1。

四、焊接成本比較

對(duì)比兩組試塊，機(jī)具折舊費(fèi)、電費(fèi)、人工、無損檢測(cè)及試件坡口加工等費(fèi)用均不在本次成本比較范圍內(nèi)。表4.1主要列出了兩種焊絲和氬氣用量成本比較。實(shí)芯焊絲73.5元/KG，TGF焊絲125.641元/KG，氬氣94.017元/瓶（每瓶40L，12.5MPa），按使用焊絲3根計(jì)算。

由表4.1可以知道，試驗(yàn)室條件下TGF焊絲焊接成本偏高，這主要是由于當(dāng)今國內(nèi)市場(chǎng)上TGF焊絲單價(jià)較高造成的。

五、實(shí)例應(yīng)用

5.1 工程項(xiàng)目領(lǐng)域應(yīng)用

隨著TGF焊絲價(jià)格降低，其使用也越來越廣泛，我公司首次在揚(yáng)子石化煉油廠《揚(yáng)子石化二套常減壓裝置節(jié)能改造》工程項(xiàng)目碰頭口及固定口中使用此TGF焊絲，焊接總口數(shù)25道，合格24道，一次口合格率96%。后期在揚(yáng)子公司三輪污水改造《揚(yáng)子石化新建1根DN400污水再生水壓力管道》及《熱電廠560t/h污水再生水回用管道》項(xiàng)目中等多次使用，一次片合格率均在97.5%以上，同比實(shí)芯焊絲焊接一次合格率提升至少1.5%。

5.2 壓力容器制造領(lǐng)域應(yīng)用

酸水冷進(jìn)料冷卻器（E62101）管程材質(zhì)S30408（GB/T24511），管程焊縫打底層均采用TGF-308φ2.4焊絲，填充及蓋面層采用E308-16φ4.0焊條，A、B類焊縫：RT 100% Ⅱ級(jí)合格。

若同期采用實(shí)芯焊絲氬弧焊打底作對(duì)比，管程容積510L，按焊接時(shí)間1.5h，使用焊絲30根計(jì)算，其中充氬工序又分為直接和人工充氬兩種模式，其成本比較結(jié)果見表5.1。

由此可以看出直接充氬用實(shí)芯焊絲成本最低，但此表中未計(jì)算充氬人工及輔助設(shè)施費(fèi)，因而在大型壓力容器如儲(chǔ)罐、塔等設(shè)備焊接中使用TGF焊絲比較經(jīng)濟(jì)，且節(jié)省氬氣用量。

5.3 壓力容器檢修領(lǐng)域應(yīng)用

揚(yáng)子公司烯烴廠E532更換膨脹節(jié)，材質(zhì)為S30408，焊材選用TGF-308 φ2.4打底，E308-16 φ3.2，4.0填充蓋面，省去了以往實(shí)芯焊絲打底向換熱器內(nèi)充氬環(huán)節(jié)，縮短單道口的工作時(shí)間，從而使整體效率得到提高，縮短工期顯著，為烯烴廠提前開車挖潛增效。另外，因工藝停車的舊設(shè)備內(nèi)部充氬也極為危險(xiǎn)，容易造成窒息死亡，從安全性考慮，TGF焊絲更適合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢修使用。

結(jié)論

綜上所述，實(shí)芯焊絲和TGF焊絲在焊接成型及外觀檢驗(yàn)、無損檢測(cè)、力學(xué)性能等方面均合格，TGF焊絲焊接成本較高，實(shí)芯焊絲充氬準(zhǔn)備工作較長。

TGF焊絲焊接也有一定的局限性，焊絲成本偏高，僅用于不銹鋼打底上，需配合實(shí)芯焊絲或焊條使用等。但由于其免充氬、脫渣性好、焊接效率高、焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，TGF焊絲在長輸管道、檢修作業(yè)、固定口難充氬及背面充氬量較大的場(chǎng)合使用，更具有其不可替代性。

參考文獻(xiàn)

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