在石油化工裝置中，往往有大量的不銹鋼管道 （含爐管）需要現場焊接。伴隨著石化行業的迅猛發展，大型石化裝置越來越多地采用大規格管道，對現場的安裝施工就提出了更高的要求。為了保證管道的焊接質量和管道內部的清潔度，通常采用氬弧焊打底。采用氬弧焊焊接不銹鋼時，由于不銹鋼和氧的親和力很大，如果不采取焊縫保護措施，背面的焊縫金屬很容易在焊接過程中氧化，合金元素燒損，且易產生焊接缺陷，造成焊縫金屬的力學性能和耐蝕性下降。在不銹鋼管道氬弧焊時，為能保證焊縫背面的焊接質量，必須采取有效的防護措施。本文就不銹鋼氬弧焊時幾種有效的焊縫背面保護方法進行介紹。

 

 

石化裝置工程不銹鋼管道氬弧焊，一般采用管內充氬的方法防止焊縫背面氧化。充氬方法主要包括整體充氬和局部充氬等。為節約工程成本并滿足施工要求，施工過程中應結合管道的具體施工條件，靈活運用內部充氬的方法。

 

1.整體充氬法

 

對于小直徑管道或管件組對管道較短時，可采用整體充氬，該方法比較簡單。

 

整體充氬的方法是：將兩端用膠帶 （紙殼、橡膠板等）封口，由管子的一端充入氬氣，另一端封口上部打上一個3～5mm的排放孔，主要是防止收弧時管內氬氣壓力過大，造成接頭收弧困難，產生凹坑等缺陷。另外，為了防止對口間隙處氬氣大量排放，事先可用膠帶封住一段管口，僅留出焊工一次連續焊接的長度。焊完這段后，撕開相同長度的膠帶，然后再施焊，依此類推，直至焊接完成。整體充氬如圖1所示。

 

 

圖1 整體充氮示意

1 充氮軟管；2 氮氣；3 膠帶

 

2.局部充氬法

 

當管徑較大、管路較長時，若直接向管內充氬，焊接質量不易保證，并且會浪費大量的氬氣，增加工程成本。為節約氬氣，可采用局部充氬的方法。

 

局部充氬可采用水溶性紙法。組對前，在管內距焊口兩側各150mm處貼水溶性紙，形成一組臨時堵板，然后在對口間隙處采用充氬針頭向管內充氬氣 （見圖2）。當管道系統進行水壓試驗時，水溶性紙很快溶解于水，并隨水排除，不會造成不利影響。

 

 

另外，可制作充氬夾具進行局部充氬保護，充氬夾具如圖3所示。焊接前將充氬夾具堵板事先放置于管子兩側，焊接完成后將夾具從管內抽出。此種方法適用于不銹鋼管的地面預制，簡單易行。nextpage

 

3.反面保護盒法充氬

 

管道直徑只要人能進入就可以采用跟蹤保護盒法充氬，保護盒滑動與正面焊接同步進行。充氬時，氬氣流量不能過大，并且不能正對熔池送氣。

 

4.氬氣保護效果判斷

 

氬氣保護效果可根據焊縫顏色進行判斷。焊接過程中，焊工可根據顏色調整保護氣，使焊縫達到昀好的保護效果。焊縫顏色和保護效果的對照見下表。

 

 

5.充氬保護的注意事項

 

（1）氬弧焊時焊縫背面應提前送氣，流量適當加大，空氣排出后，流量逐漸減小。焊接過程中應不間斷地向管內充氬。停焊時滯后停氣，使焊縫得到充分的保護。另外應特別注意的是，空氣排凈后才能進行焊接，否則影響充氬的保護效果。

 

（2）氬氣流量應適當。流量過小，保護不好，焊縫背面容易氧化;流量過大，焊接時產生渦流帶入空氣，保護效果也會變壞，同時會引起焊縫根部內凹等缺陷，影響焊接質量。

 

（3）氬氣入口應置于封閉段盡可能低的位置，空氣排出孔應置于封閉段昀高位置。因為氬氣比空氣重，從較低位置充入氬氣容易保證獲得更高的濃度，充氬保護效果也就更好。

 

（4）為了減少管內氬氣從對口間隙處流失，影響保護效果，增加成本，焊接前可沿焊口間隙貼上膠帶，僅留出焊工一次連續焊接的長度，邊焊邊揭去膠帶。

 

 

背面自保護不銹鋼TGF系列焊絲是一種帶有特殊涂層的焊絲。焊接時，其保護藥皮會滲透到熔池背面，形成一層致密的保護層，使焊道背面不被氧化，冷卻后這層渣殼會自動脫落，用壓縮空氣或水沖的方式容易清除。這種焊絲的使用方法與普通氬弧焊實芯焊絲基本相同，涂層不會影響正面的電弧和熔池形態，焊縫金屬在性能上可滿足要求。

 

使用自保護焊絲不受管材規格、焊接位置等因素的限制，操作靈活，并且減少了充氬時的準備工作。但由于焊絲表面有較薄的涂層，在焊接操作上出現了一些不適應性，往往會出現內凹等缺陷，因此對焊工的操作水平要求較高。自保護焊絲適用于焊縫打底，不宜用于第二層以上的焊道，否則易造成夾渣，且焊縫成形不美觀。采用全氬弧焊多層多道焊接時，宜與實芯焊絲配合使用。另外，目前市場上基本沒有性能穩定的國產自保護不銹鋼焊絲，進口自保護焊絲價格較貴，成本較高，因此在應用上受到了一定的限制。

 

 

近年來，在石油化工、火電建設等工程的不銹鋼管道（爐管）焊接中使用了一種免充氬焊接保護劑。保護劑在供貨狀態下為粉末狀，使用時需要與甲醇或專用粘合劑混合。作為背面保護劑，焊接過程中在焊接背面形成保護涂層，可以有效地防止焊縫背面的氧化。

 

保護劑的使用方法：

 

（1）首先把焊縫背面的油污等清除干凈。

 

（2）取出適量的保護劑，放于裝有適量甲醇（或專用粘合劑）的器皿中按比例混合，二者攪拌均勻后涂覆在管內壁焊縫保護面上（寬度5～10mm）。需要注意的是：涂完后，在涂層表面會形成連續的粘合劑膜，在膜的下面包敷著粉末，所以不能對涂層進行劃擦，以防粘合劑膜破損造成粉末外泄，從而影響保護效果。

 

（3）涂后放置5min，待干燥后即可進行焊接。焊后在焊縫背面形成一種難溶的化學性質呈惰性的薄膜，該薄膜緊緊地粘附在焊縫表面，對射線檢測沒有影響。

 

保護劑適用性好，可以使用正常的焊接電流進行焊接，也可使用比正常焊接大10%的電流進行焊接。保護劑對焊接操作沒有影響，不僅可以防止背面氧化，還會對焊縫背面的熔化金屬起到支托作用，得到優良的打底焊道，而且不會出現焊瘤、咬邊或深度凹陷，焊接一次合格率高。

 

免充氬焊接保護劑操作簡單，即涂即焊，節省時間，效率提高。應用在小管徑焊接時，其成本要比充氬保護稍高；但在固定口焊接或大管徑焊接時，值得推廣應用。目前，免充氬保護劑的應用在國內處于起步階段。

 

 

針對不銹鋼管道氬弧焊而言，采用管內充氬、自保護焊絲以及免充氬焊接保護劑等方法，均能很好地防止焊縫背面氧化，使焊縫的力學性能和耐腐蝕性能得到有效保證。

 

在實際工作中，應根據焊接工程量、管材規格和操作的適用性等因素綜合考慮，靈活選擇焊縫背面的保護方法，以確保焊接質量，并昀大限度地降低工程成本。