化工管道焊接工艺及质量控制措施

汪永基

陕西化建工程有限责任公司 陕西咸阳 712100

1 管道焊接工艺分析阐述

当今化工管道焊接中经常采用的几种焊接工艺：①二氧化碳气体保护焊。相对于钨极氩弧焊和焊条电弧焊其熔敷效率较高，熔深相对于钨极氩弧焊和焊条电弧焊较浅，且实芯焊丝二氧化碳气体保护焊焊接时飞溅较大，采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊焊接时能有效避免焊接飞溅。在管道施工中采用药芯焊丝二氧化碳气体保护焊因药芯影响能适量增加熔深，且可以对熔池达到气渣联合保护的效果，药芯焊丝二氧化碳气体保护焊一般用于压力较低管径较大的碳钢及低合金管道填充及盖面。②钨极氩弧焊。其特点是保护效果好，焊接质量高，焊接不产生飞溅，焊缝成形美观，焊接变形小，可实现单面焊双面成型，保证根部焊透。在管道焊接作业的过程中，其熔敷效率较低，故一般用于底层焊接，可以有效地保证焊接质量及管内清洁度。但是对于壁厚小于5mm或管径小于DN50的管道及特殊材料（铝材、钛等）焊接时，通常采用全氩弧焊。③焊条电弧焊。其具有较强的工况适应性，因此它在化工管道焊接作业中成为最为常用的焊接方法，管道焊接中一般用于填充、盖面，其特点是熔深较深，对焊接作业环境要求较前两者较低，对焊接材质的适应性较好。但在焊接过程中要频繁更换焊条，清理熔渣及焊道导致熔敷效率要低于二氧化碳气体保护焊，且焊接接头较多。

2 化工管道常用焊接工艺

2.1 氩电联焊

氩电联焊是采用钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充、盖面的焊接工艺。在保证焊接质量的前提下较大的提高了焊接效率，并有效的保证了管道的管内清洁度。

2.2 钨极氩弧焊

钨极氩弧焊一般用于于薄壁管道及材质焊接性要求较高的管道焊接。部分材质焊接时需要在背部充氩，起到防止熔池金属氧化及适量降低层间温度效果。

2.3 钨极氩弧焊打底，二氧化碳气体保护焊填充盖面

一般用于压力较低管径较大的碳钢及低合金管道填充及盖面，最大程度的提高了焊接效率。

3 化工管道焊接质量控制措施

3.1 钨极氩弧焊焊接质量控制措施

钨极氩弧焊在化工焊接中得到广泛应用，但由于风对钨极钨极氩弧焊的影响较大，对铁锈、水、油污特敏感，对保护气体氩气纯度、坡口内部清理、焊接工艺等要求严格，容易产生气孔。对钨极氩弧焊焊接时产生气孔缺陷进行分析，主要因素及控制措施如下：

（1）保护气体及作业环境影响及控制措施。碳钢焊接时氩气纯度应高于99.7%，铝材焊接时氩气纯度应高于99.9%，钛和钛合金焊接时氩气纯度应达到99.99%，氩气不纯是钨极氩弧焊造成焊缝气孔的主要原因。保护气体氩气流量较小，不能形成氩气保护层，自然风影响对焊接保护效果变差；保护气体氩气流量过大，经过喷嘴时形成近壁层流很薄，气体喷出后很快紊乱，而且容易吸入空气，纯度不够的氩气对熔池的保护效果变差，且吸入的空气容易造成焊缝气孔。所以保护气体氩气流量一定要适中，保护气层才能稳定。风稍大会是氩气保护层形成紊流，从而造成保护效果不佳。所以风速大于2m/s时钨极氩弧焊焊接作业时应搭设防风棚，且在焊接管道时，要把两侧管口封堵，避免风对保护气层的影响。

（2）设备及工机具影响及控制措施。当采用高频氩弧焊机时，刚引弧时钨极尖部温度较低，没有足够的热量发射电子，有氧化膜的地方易使电子发射，沿电极向上寻找有氧化物的地方发射，造成端部电弧拉长，保护气体氩气对熔池的保护效果降低，当钨极温度上升后，电子便从钨极的前端发射，电弧弧长相应变短。因此焊接前应将钨极上的氧化膜打磨干净。钨极端部不尖，电弧跳动不稳定，破坏氩气的保护气层，使熔池金属发生氧化产生气孔。在使用带控制按钮的氩弧焊焊枪时，焊接前先排出管内集气并使气流稳定，避免气带内集气在引弧时瞬间排出造成气流过大，产生气孔。氩弧焊焊枪喷嘴直径过小，当电弧周围的氩气保护层范围小于熔池面积时，就会产生气孔。尤其是室外作业，焊接大口径管道时要用直径较大的喷嘴，以有效的保护电极和熔池。钨极夹与焊枪不配套，气路堵塞不流畅，保护气形成偏流，不能形成完整的氩气保护罩。

（3）焊材、母材材质的影响及控制措施。不能使用其他焊接工艺所用焊丝代替钨极氩弧焊焊丝，否则会产生密集或者点状气孔。焊丝及母材表面有污染物将直接促使焊缝内部产生大量气孔，焊接前检查清理焊丝表面铁锈、油污、水等污染物。坡口内侧及坡口两侧各10mm范围的污染物都要打磨清理干净，以防焊接时电弧产生的磁性把熔池附近铁锈等污染物吸入熔池造成焊接缺陷。杂质含量高的管材不能使用钨极氩弧焊焊接[1]。

（4）焊接工艺及操作手法影响及控制措施。焊接时选择合适的焊接电流。焊接电流太小，产生的电弧不稳定，电弧在钨极端部不规则跳动，破坏保护层。过大的焊接电流，电弧对保护气流产生干扰，影响保护效果。选取合适的焊接速度。焊接速度过快时，空气阻力对保护气流造成偏移弯曲，偏离熔池和电弧中心，对熔池和电弧保护效果变差。息弧时采用衰减电流或加焊丝、把电弧带到坡口侧并压低电弧的息弧方法，不要突然停弧造成高温的熔池脱离氩气流的有效保护，避免弧坑出现气孔或缩孔。焊接易氧化材质时应提前送气保护，灭弧后使用氩气继续保护熔池。钨极伸出过长，对熔池和电弧的保护效果变差。焊枪喷嘴与工件间的距离小，对侧风的影响敏感度小；该距离大，抗风干扰的能力弱。焊枪角度过大，一方面会把空气带入熔池，另一方面造成长弧侧的氩气流对熔池和电弧的保护效果变差。

3.2 二氧化碳气体保护焊焊接质量控制措施

二氧化碳气体保护焊为熔化极气体保护焊，焊接时主要的焊接质量缺陷亦为气孔，质量控制措施与钨极氩弧焊相似，焊接作业中可参考，此处不再赘述。

3.3 焊条电弧焊焊接质量控制措施

焊条电弧焊作为最常用的焊接工艺，在焊接过程中，经常出现未焊透、凹陷、夹渣，成型不良焊瘤烧穿等缺陷，对产生缺陷的原因分析，主要是在施焊过程中，对熔池温度的变化观察不到位，不能很好的控制熔池而产生上述缺陷。熔池温度合适，熔池较大，液态金属流动性好，母材与焊材易于熔合；熔池温度过高时，液态金属易下淌，单面焊双面成形的背面易烧穿，形成焊瘤，焊缝外观较差，且焊接接头塑性降低，受力时易开裂；熔池温度过低时，产生熔池过小，液态金属表面较暗，流动性差，容易产生未熔合、夹渣、未焊透等缺陷。

3.3.1 焊接工艺影响及控制措施

电流过小，不易引弧，焊条端部容易粘在工件上，鱼鳞纹粗，两侧熔合不好；电流过大，焊接时产生大量烟雾及飞溅，焊条端部发红，熔池表面由于温度过高而很亮，容易造成烧穿、咬边缺陷。合理的选择焊接电流，容易引弧且电弧稳定，飞溅很小，能听到均匀的噼啪声，焊缝两侧圆滑过渡到母材，表面鱼鳞纹很细，焊渣容易敲掉。根据焊接位置选择合适的电流和焊条直径，在立、横、仰焊时，电流通常较平焊小10%。焊条直径也跟随减小[2]。

3.3.2 焊接操作手法影响及控制措施

焊条沿焊道轴线向熔池方向送进使焊条熔化后能持续保持稳定且长度一致的电弧，因此要求焊条送进的速度与焊条熔化的速度相等。如果焊条向熔池方向送进的速度小于焊条熔化的速度，电弧变长导致断弧；若送进速度过快，电弧变短，焊条端部与工件接触造成短路息弧。焊接时焊条末端应以月牙状或是锯齿状左右摆动，中间动作要快，两侧稍作停留，能有效的控制熔池温度，防止咬边。在焊接时焊条与焊接方向的夹角应随着焊接位置变化而调整，钝边两侧熔池温度始终保持合适，温度太高就会烧穿，太低造成未焊透、未熔合缺陷。焊条角度为90°时电弧集中，熔池温度高，随着夹角变小，电弧变得分散，熔池温度就下降。若焊条的送进位置不够，电弧长而分散，温度不足以对母材钝边熔化，造成焊缝根部的未熔合。焊条以75°角度伸入到焊道内，对准母材坡口钝边熔化并向两侧轻微摆动，每个动作完成时间约1秒钟，第一个熔池形成后，接着进入下一个熔池，前一个的2/3被后一个熔池覆盖，如此叠加方式前进。这样形成的熔池大小一致，薄厚适宜，后一个熔池对前一个熔池起到后热作用，保证熔池内气体有足够时间溢出，不至产生气孔。

4 结语

综上所述，化工建设企业在对化工管道进行焊接的过程中，根据现场工况及焊接材质合理选择及搭配焊接工艺，采取相应的措施提高焊接质量，制定明确的焊接作业指导书来规范焊接人员的操作，从而使化工建设企业更好的发展。