摘要：介绍薄壁不锈钢管道焊接的技术、方法和焊接的工艺参数。关键词：薄壁不锈钢管 焊接 管内充氩气双面成型

0 问题的提出

某新建食品厂．是一家全套设备及工艺从欧美进口的现代化食品工艺厂，总投资2100万美元，其中安装工程量1100万美元。在安装过程中，最突出的问题是4000多米薄壁小口径不锈钢管道焊接。不锈钢材质为304L (相当于我国00Cr18Ni10，其化学成分为；c≤0.03、Si≤1．00、Mn=2．00、S≤0．025、P≤0.035、Cr=17.00－19.00、Ni=10.00－12.00。焊丝由国外进口材质与母材相同，直径为垂1.6，管道最大直径为D377×2．最小直径为D10×1，其连接方式是焊接和法兰连接，个别位置与设备连接出现厚薄管对焊连接．总焊口量约6500个。

薄壁不锈钢管输送的介质为生产原料或者产品。如果管道在安装过程中．管内焊缝有毛刺、凹坑、焊缝过高等缺陷，会导致产品或原料在管内积留造成腐烂变质，影响产品质量。所以对该种管道的焊缝成型要求特别高，要求双面成型，不允许咬边和未焊透．焊缝高度0mm－1mm，坑深度不超过0.3mm，尤其是管内焊缝必须成型均匀，光滑无毛刺，焊缝高度均匀0mm—0.3mm，针对此情况，对该工程薄壁不锈钢管道的焊接，反复研究、试验、总结焊接技术数据，改进和提高焊接技术，保证了工程安装质量要求。

1 焊接设备选择

由于本工程不锈钢管壁薄1mm－2mm，焊接熔浅，焊缝要求双面成型，管口不被氧化等条件，选择直流钨极氩弧焊机(正接法)，焊机型号为AT一180。它具有以下特点：能满足本工程薄壁不锈钢管焊接的要求。

① 钨极因发热量小，不易过热，同样大小直径的钨极可以采用较大的电流，工件发热量大，生产率高，而且由于钨极为阴极，热电子发射力强，电弧稳定而集中。

② 氲气有效地隔绝周围空气，钨极不发生反应，钨极氩弧焊中电弧还有自动清除工件表面氧化的作用。

③钨极电弧稳定，即在很小的焊接电流下仍可稳定燃烧一特别适用于薄壁管的焊接。

④ 热源和填充焊丝可分别控制，因而热输人易调节．可进行各种位置的焊接，也是实现单面焊双面成型的理想方法。

2 焊接方法的选择

焊接方法的选择．应根据被焊工件的材质和质量要求等情况来决定。该工程主要是薄壁小口径不锈钢管道，焊缝要球双面成型，光滑无毛刺，按这种情况，根据钨极氩弧焊机(AT-18O)的性能和其优点，选择管内充氩气手工钨极氩弧焊。选用的依据主要是氩气是惰性气体，在焊接中被焊金属和焊丝的合金元素不易被烧损，焊缝成型美观、光滑、无毛刺、质量好，同时还减少了清渣和酸纯化等工序，焊速快，工效高，能满足工程质量和工期要求。

3 焊接工艺要求

3．1 气体保护效果

氩弧焊的保护气体氩气是柔性的，极易受到外界因素扰动而遭破坏，为得到良好的保护效果，应注意以下几个因素：

①气体的流量

从理论上看，气体的流量越大，保护层抵抗空气影响能力愈强 但是在实践中，我们发现，当气体流量过大时，保护层会产生不规则的流动，反而使空气卷入，降低保护效果，影响焊缝质量同时也浪费气体，所以在焊接时必须根据实际情况选择(见表1)。

② 喷嘴直径

喷嘴直径与气体流量的大小成正比，喷嘴直径增大，气体流量同时增大。这时被保护区也必然增大，保护效果愈好。但是喷嘴过大时，会防碍某些位置的焊接，或会防碍焊工视线，而影响焊接效果，影响质量。此外，氨气消耗量增大，会增加工程成本，故喷嘴直径应根据管道的厚薄程度来确定(见表1)。

③喷嘴到工件的距离

一般认为，距离越远，保护教果越羞，反之则越好，但实践证明，喷嘴至工件之间的距离只能根据钨棒的伸出长度来确定，如钨棒伸出长度为2mm－3mm(我国常规)时，则喷嘴到工件的距离为2mm－3mm。但这样的伸出长度在该工程的薄壁不锈钢管道焊接中，是无法达到要求的。我们经试验采用钨极伸出长度为8mm－10mm，这时喷咀到工件的距离为10mm－13mm，以薄壁小口径不锈钢管道，此法获得较窄的焊缝，且表面光滑，根部焊透，也不出现凸凹现象，双面成型效果好。

④ 焊接速度和外界气流

氩弧焊时， 由于焊炬本身移动速度大而快，如遇到正气流侵袭，保护气体就可能偏离被保护融池，保护效果就会显著变差。尽量避免在室外操作，如确需在室外操作时．应采用挡风装置，同时要注意控制一定的焊速。

⑤ 管内充氢气保护

3．2 钨极直径

钨极直径根据管壁厚薄程度选择，管壁越厚所需电池越大，钨极直径要直应增大，反之则小。一定的钨极直径具有一定的极限电流，如果焊接电流超过钨极可能承受的极限电流，钨极就要强烈发热，甚至融化蒸发．引起弧不稳，焊缝夹钨。本工程选择钨极直径为1.6mm

3．3 焊接电源种类与极性

钨极氩弧焊电源分交、直流两种，极性分正接法和反接法两种。选择时，主要取决于被焊工件的材质。对该工程不锈钢的焊接．应选择直流电源，正接法(T-件正接)。所以阴极斑点在钨极上比较稳定，电子发射力强，电弧稳定，可采用较大的许可电流，而钨极烧损少，焊接质量有保证。

3．4 焊接规范的选择

焊接规范是否合理．直接影响焊接质量，由以上凡点理论分析及该厂薄壁不锈钢管道焊接的实际经验及数据，将其选择的焊接规范列于表1。

3．5 焊接引弧及熄弧

提前10秒～20秒启动开关充氩气，以排除管内的空气，并调节流量计到所需的气流量，然后方可引弧进行焊接。在管道焊接时，焊把的角度根据焊接位置的不同而作相应的改变，该厂的薄壁不锈钢管道焊接，除了钨极伸出长度与我国一般规定不同外，焊把角度的变化和操作方法也有所不同，如对管件进行点焊固定．一般不加填充金属，由工件自熔，一般先点两点各为120o，第三点是仰焊处为弧点(360o) 起弧时焊把与工件的角度为90o．根据被焊接管道的大小逐步改变角度。操作时则以食、母指夹往焊把，其余三指扶住管，沿着管壁自下而上顺园周方向移动。这种方法的好处是夹焊把之手可借管来稳定，持续操作不发抖，焊把和工件保持的距离相对稳定，电弧不发生长短变化，可获得较理想的焊接接头。此外，在焊接过程中，焊把不能横向摆动，在每～焊道或转角需熄弧时，关闭开关后不能立即抬起焊把，应停留5秒～10秒，待弧坑冷却到一定温度后才能抬起焊把。否则该处会发黑．焊缝表面会氧化。

4 管及管件法兰焊接

① 管对接：管组对时，内壁内齐，对Ill问隙0mm～0.1mm，如图2所示。为保证组对尺寸，防止焊接变形和错位，影响焊接的正常进行和焊缝成形．大都进行了定位焊．定位焊点的间距根据被焊材料的牌号、厚度、接头型式而定。不锈锕由于比低碳钢的线膨胀系数大，焊接变形大，故点焊应小。对较薄的易变形的焊件，间距也应小，对钢性较大和裂纹倾向大的焊件，为避免焊点开裂，应采用长焊点，并缩短定位焊点尺寸。定位焊应保证完全焊透和连接可靠，焊点应低平，并不宜过长、过宽、过高，以免影响焊接正常进行和焊缝成型，为避免定位焊点氧化，点焊时应使氩气在点焊处停留到焊点凝固

不受氧化为止。如发现点焊开裂，应及时处理，防止缺陷留在焊缝内，影响焊接质量。

焊接时，由于不锈锕和氧的亲和力很大，管内侧必须充氢气保护，以保证内壁成型焊缝不受氧化。并防止熔焊金属过烧产生焊接缺陷对管径小的管道，可采用整管充氩，这种充氩方法比较简单。但随着管线长度增加，氩气浪费较大，一般情况下，采用分段组装焊接，少量的中间焊口用可溶纸把所焊管口两侧堵住(距焊口200mm～300mm)，在水压试验时，可溶纸自行溶化。

② 厚薄管对接。厚度不等的不锈钢管对接，出现在设备管头壁厚，配装的管道壁簿，该厂的管道大部分2mm厚，部分设备舶管道5mm～6mm厚，管壁厚度差3mm～4mm厚，无法按规定的要求处理，如不处理．会出现未焊透，焊瘤或无法焊接等问题，主要原因是焊接时薄壁管已熔化，而厚壁仍未达到熔点温度。为避免问题的出现，必须将厚壁管磨成45o坡口，薄管加成20o坡口，这样，焊后就完全能满足质量要求(见图3)。

⑧三叉管的焊接：三叉管焊口焊接的关键：下料要准确；装配要合理；坡口要台理加工；否则就不能满足要求。下料时，开孔的孔径应与连接管的内径相等，然后开坡口，连接管同样必须做坡口加工(见图4)。加工后进行装配点焊时，应由技术较好的焊工进行，每焊一个三叉口的1/4，有四次角度变化，每次送丝速度都不同，在二管夹角为90o处为关键部位，这里的焊速应较慢．才能焊透，然后相应加快焊速，把与工件夹角保持75o～8Oo之间。焊后内部光滑平整，符合质量要求。

④法兰翻边焊接：均采用活套法兰形式连接，翻边与管子焊接，焊接时，点焊两点180o，找出翻边与管道同心后，方可点焊其他固定点。焊接的具体方法与管子焊接相同。

5 焊后的表面处理

不锈钢管焊接后，焊缝及焊缝周围有氧化及焊斑，需要进行处理。使用不锈钢刷或其它不锈钢工具，将焊接处的焊屑除去，刷净，然后采用以下方法将焊缝或焊缝周围的斑溃除去。仔细地清踪焊缝逢围的焊屑，然后用刷子涂上除斑剂，除斑剂配比如下：

酸洗液配比：盐酸(比重1.19)20ml、水100ml、硝酸(比重1.42)30ml

钝化液配比：硝酸(比重1.42)5%、重铭酸钾2%，其余为水。

涂上去斑剂后，滞留l0分钟，然后用强水流冲洗，再用钝化液钝化，去斑剂中加适量的硅藻土制成膏状，便于垂直表面或水平管下部焊缝的处理。

由于去斑剂是危险品，具有很强腐蚀性，因此，使用过程中要带防腐手套及防护眼镜。

6 结论

对于薄壁不锈钢管道现场安装，采用管内充氩手工钨极氩弧焊的焊接工艺，能够获得高质量的焊接接头。焊缝双面成形，过渡均匀、光滑，无毛刺，能满足生产工艺要求。