化工管道焊接工藝及質量控制措施

汪永基

陜西化建工程有限責任公司 陜西咸陽 712100

1 管道焊接工藝分析闡述

當今化工管道焊接中經常采用的幾種焊接工藝：①二氧化碳氣體保護焊。相對于鎢極氬弧焊和焊條電弧焊其熔敷效率較高，熔深相對于鎢極氬弧焊和焊條電弧焊較淺，且實芯焊絲二氧化碳氣體保護焊焊接時飛濺較大，采用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊焊接時能有效避免焊接飛濺。在管道施工中采用藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊因藥芯影響能適量增加熔深，且可以對熔池達到氣渣聯合保護的效果，藥芯焊絲二氧化碳氣體保護焊一般用于壓力較低管徑較大的碳鋼及低合金管道填充及蓋面。②鎢極氬弧焊。其特點是保護效果好，焊接質量高，焊接不產生飛濺，焊縫成形美觀，焊接變形小，可實現單面焊雙面成型，保證根部焊透。在管道焊接作業的過程中，其熔敷效率較低，故一般用于底層焊接，可以有效地保證焊接質量及管內清潔度。但是對于壁厚小于5mm或管徑小于DN50的管道及特殊材料（鋁材、鈦等）焊接時，通常采用全氬弧焊。③焊條電弧焊。其具有較強的工況適應性，因此它在化工管道焊接作業中成為最為常用的焊接方法，管道焊接中一般用于填充、蓋面，其特點是熔深較深，對焊接作業環境要求較前兩者較低，對焊接材質的適應性較好。但在焊接過程中要頻繁更換焊條，清理熔渣及焊道導致熔敷效率要低于二氧化碳氣體保護焊，且焊接接頭較多。

2 化工管道常用焊接工藝

2.1 氬電聯焊

氬電聯焊是采用鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊填充、蓋面的焊接工藝。在保證焊接質量的前提下較大的提高了焊接效率，并有效的保證了管道的管內清潔度。

2.2 鎢極氬弧焊

鎢極氬弧焊一般用于于薄壁管道及材質焊接性要求較高的管道焊接。部分材質焊接時需要在背部充氬，起到防止熔池金屬氧化及適量降低層間溫度效果。

2.3 鎢極氬弧焊打底，二氧化碳氣體保護焊填充蓋面

一般用于壓力較低管徑較大的碳鋼及低合金管道填充及蓋面，最大程度的提高了焊接效率。

3 化工管道焊接質量控制措施

3.1 鎢極氬弧焊焊接質量控制措施

鎢極氬弧焊在化工焊接中得到廣泛應用，但由于風對鎢極鎢極氬弧焊的影響較大，對鐵銹、水、油污特敏感，對保護氣體氬氣純度、坡口內部清理、焊接工藝等要求嚴格，容易產生氣孔。對鎢極氬弧焊焊接時產生氣孔缺陷進行分析，主要因素及控制措施如下：

（1）保護氣體及作業環境影響及控制措施。碳鋼焊接時氬氣純度應高于99.7%，鋁材焊接時氬氣純度應高于99.9%，鈦和鈦合金焊接時氬氣純度應達到99.99%，氬氣不純是鎢極氬弧焊造成焊縫氣孔的主要原因。保護氣體氬氣流量較小，不能形成氬氣保護層，自然風影響對焊接保護效果變差；保護氣體氬氣流量過大，經過噴嘴時形成近壁層流很薄，氣體噴出后很快紊亂，而且容易吸入空氣，純度不夠的氬氣對熔池的保護效果變差，且吸入的空氣容易造成焊縫氣孔。所以保護氣體氬氣流量一定要適中，保護氣層才能穩定。風稍大會是氬氣保護層形成紊流，從而造成保護效果不佳。所以風速大于2m/s時鎢極氬弧焊焊接作業時應搭設防風棚，且在焊接管道時，要把兩側管口封堵，避免風對保護氣層的影響。

（2）設備及工機具影響及控制措施。當采用高頻氬弧焊機時，剛引弧時鎢極尖部溫度較低，沒有足夠的熱量發射電子，有氧化膜的地方易使電子發射，沿電極向上尋找有氧化物的地方發射，造成端部電弧拉長，保護氣體氬氣對熔池的保護效果降低，當鎢極溫度上升后，電子便從鎢極的前端發射，電弧弧長相應變短。因此焊接前應將鎢極上的氧化膜打磨干凈。鎢極端部不尖，電弧跳動不穩定，破壞氬氣的保護氣層，使熔池金屬發生氧化產生氣孔。在使用帶控制按鈕的氬弧焊焊槍時，焊接前先排出管內集氣并使氣流穩定，避免氣帶內集氣在引弧時瞬間排出造成氣流過大，產生氣孔。氬弧焊焊槍噴嘴直徑過小，當電弧周圍的氬氣保護層范圍小于熔池面積時，就會產生氣孔。尤其是室外作業，焊接大口徑管道時要用直徑較大的噴嘴，以有效的保護電極和熔池。鎢極夾與焊槍不配套，氣路堵塞不流暢，保護氣形成偏流，不能形成完整的氬氣保護罩。

（3）焊材、母材材質的影響及控制措施。不能使用其他焊接工藝所用焊絲代替鎢極氬弧焊焊絲，否則會產生密集或者點狀氣孔。焊絲及母材表面有污染物將直接促使焊縫內部產生大量氣孔，焊接前檢查清理焊絲表面鐵銹、油污、水等污染物。坡口內側及坡口兩側各10mm范圍的污染物都要打磨清理干凈，以防焊接時電弧產生的磁性把熔池附近鐵銹等污染物吸入熔池造成焊接缺陷。雜質含量高的管材不能使用鎢極氬弧焊焊接[1]。

（4）焊接工藝及操作手法影響及控制措施。焊接時選擇合適的焊接電流。焊接電流太小，產生的電弧不穩定，電弧在鎢極端部不規則跳動，破壞保護層。過大的焊接電流，電弧對保護氣流產生干擾，影響保護效果。選取合適的焊接速度。焊接速度過快時，空氣阻力對保護氣流造成偏移彎曲，偏離熔池和電弧中心，對熔池和電弧保護效果變差。息弧時采用衰減電流或加焊絲、把電弧帶到坡口側并壓低電弧的息弧方法，不要突然停弧造成高溫的熔池脫離氬氣流的有效保護，避免弧坑出現氣孔或縮孔。焊接易氧化材質時應提前送氣保護，滅弧后使用氬氣繼續保護熔池。鎢極伸出過長，對熔池和電弧的保護效果變差。焊槍噴嘴與工件間的距離小，對側風的影響敏感度小；該距離大，抗風干擾的能力弱。焊槍角度過大，一方面會把空氣帶入熔池，另一方面造成長弧側的氬氣流對熔池和電弧的保護效果變差。

3.2 二氧化碳氣體保護焊焊接質量控制措施

二氧化碳氣體保護焊為熔化極氣體保護焊，焊接時主要的焊接質量缺陷亦為氣孔，質量控制措施與鎢極氬弧焊相似，焊接作業中可參考，此處不再贅述。

3.3 焊條電弧焊焊接質量控制措施

焊條電弧焊作為最常用的焊接工藝，在焊接過程中，經常出現未焊透、凹陷、夾渣，成型不良焊瘤燒穿等缺陷，對產生缺陷的原因分析，主要是在施焊過程中，對熔池溫度的變化觀察不到位，不能很好的控制熔池而產生上述缺陷。熔池溫度合適，熔池較大，液態金屬流動性好，母材與焊材易于熔合；熔池溫度過高時，液態金屬易下淌，單面焊雙面成形的背面易燒穿，形成焊瘤，焊縫外觀較差，且焊接接頭塑性降低，受力時易開裂；熔池溫度過低時，產生熔池過小，液態金屬表面較暗，流動性差，容易產生未熔合、夾渣、未焊透等缺陷。

3.3.1 焊接工藝影響及控制措施

電流過小，不易引弧，焊條端部容易粘在工件上，魚鱗紋粗，兩側熔合不好；電流過大，焊接時產生大量煙霧及飛濺，焊條端部發紅，熔池表面由于溫度過高而很亮，容易造成燒穿、咬邊缺陷。合理的選擇焊接電流，容易引弧且電弧穩定，飛濺很小，能聽到均勻的噼啪聲，焊縫兩側圓滑過渡到母材，表面魚鱗紋很細，焊渣容易敲掉。根據焊接位置選擇合適的電流和焊條直徑，在立、橫、仰焊時，電流通常較平焊小10%。焊條直徑也跟隨減小[2]。

3.3.2 焊接操作手法影響及控制措施

焊條沿焊道軸線向熔池方向送進使焊條熔化后能持續保持穩定且長度一致的電弧，因此要求焊條送進的速度與焊條熔化的速度相等。如果焊條向熔池方向送進的速度小于焊條熔化的速度，電弧變長導致斷弧；若送進速度過快，電弧變短，焊條端部與工件接觸造成短路息弧。焊接時焊條末端應以月牙狀或是鋸齒狀左右擺動，中間動作要快，兩側稍作停留，能有效的控制熔池溫度，防止咬邊。在焊接時焊條與焊接方向的夾角應隨著焊接位置變化而調整，鈍邊兩側熔池溫度始終保持合適，溫度太高就會燒穿，太低造成未焊透、未熔合缺陷。焊條角度為90°時電弧集中，熔池溫度高，隨著夾角變小，電弧變得分散，熔池溫度就下降。若焊條的送進位置不夠，電弧長而分散，溫度不足以對母材鈍邊熔化，造成焊縫根部的未熔合。焊條以75°角度伸入到焊道內，對準母材坡口鈍邊熔化并向兩側輕微擺動，每個動作完成時間約1秒鐘，第一個熔池形成后，接著進入下一個熔池，前一個的2/3被后一個熔池覆蓋，如此疊加方式前進。這樣形成的熔池大小一致，薄厚適宜，后一個熔池對前一個熔池起到后熱作用，保證熔池內氣體有足夠時間溢出，不至產生氣孔。

4 結語

綜上所述，化工建設企業在對化工管道進行焊接的過程中，根據現場工況及焊接材質合理選擇及搭配焊接工藝，采取相應的措施提高焊接質量，制定明確的焊接作業指導書來規范焊接人員的操作，從而使化工建設企業更好的發展。