高壓管道內(nèi)焊縫特殊氣室保護(hù)焊

馬繼斌

【摘 要】手工鎢極氬弧焊是高壓低溫管道現(xiàn)場焊接常用的方法，尤其對于外線管道現(xiàn)場焊接。管管對焊（內(nèi)徑大于Φ100mm）的管道，由于管體長，管道腔體大，氬氣難以把管道腔體內(nèi)的空氣置換干凈，所以就造成內(nèi)焊縫保護(hù)效果不理想，顏色不達(dá)標(biāo)，內(nèi)焊縫成型不理想，易形成氧化物、多余物等現(xiàn)象。經(jīng)過反復(fù)推敲多次實踐，采用“焊接氣體保護(hù)法”解決了以上問題，提高了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】高壓；低溫；管道腔體；置換；氣室

0 引言

1）隨著社會經(jīng)濟(jì)日新月異的發(fā)展，航天事業(yè)發(fā)展蒸蒸日上，而高壓金屬管道焊接技術(shù)是航天發(fā)射試驗系統(tǒng)中不可缺少的部分。它的焊接質(zhì)量關(guān)系到航天試驗發(fā)射任務(wù)的成敗。高壓金屬管道輸送低溫、高壓、易燃、易爆等危險產(chǎn)品的主要途徑。

2）高壓管道焊接工作量大，焊縫多，為了提高焊接質(zhì)量，避免氧化物、多余物、可脫物發(fā)生，在管道焊接過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)制造標(biāo)準(zhǔn)，在管道焊接過程中必須對焊接技術(shù)、操作者素質(zhì)、材料、焊接工藝等進(jìn)行全方位監(jiān)管，以杜絕高壓管道的質(zhì)量事故發(fā)生。

1 焊接質(zhì)量要求

1.1 對于內(nèi)徑大于Φ100～Φ300的高壓低溫管道焊接，尤其是管管對接，要求100%射線探傷，Ⅰ級合格。

1.2 室內(nèi)外高壓供氣管路或低溫液氧、液氮、液氫管道，要求內(nèi)部無氧化物、多余物、可脫落物，內(nèi)焊縫均勻、光滑，色澤呈銀白或黃金色。外線管道焊接為了減少漏點，管管對焊克服管道尺寸長、焊縫多、管腔空間大、氣體保護(hù)不理想、加工環(huán)境復(fù)雜、焊接難達(dá)標(biāo)的困難。

2 焊接中產(chǎn)生的質(zhì)量問題

在管道加工過程中，對于內(nèi)徑大于Φ100mm的管道，尤其是管管對焊，管道長，管道內(nèi)部空間大，足量的氬氣對內(nèi)焊縫的保護(hù)很難達(dá)到理想狀態(tài)，導(dǎo)致內(nèi)焊縫嚴(yán)重氧化，形成氧化物、多余物、可脫落物。內(nèi)焊縫余高不夠，焊縫顏色呈黑色，無法滿足射線探傷和使用以及技術(shù)要求。

3 焊接質(zhì)量問題帶來的危害

3.1 航天產(chǎn)品絕對不允許腔體里有多余物、氧化物和可脫落物。由于大口徑管道一般都是主管道，內(nèi)焊縫保護(hù)不理想，就會產(chǎn)生氧化物、多余物和可脫落物。內(nèi)焊縫成型不理想等缺陷。

3.2 管道在輸送高壓氣體或低溫液體時，受到?jīng)_擊或震動，內(nèi)焊縫的氧化物、可脫落物會成為管道內(nèi)的多余物，損壞系統(tǒng)中的設(shè)備，甚至?xí)绊懙桨l(fā)射試驗任務(wù)。

3.3 內(nèi)焊縫成型不理想，就會造成射線探傷不合格，焊縫強度達(dá)不到要求，對整個管路就會存在重大的安全隱患。

4 焊接原理

4.1 傳統(tǒng)的內(nèi)保護(hù)方法是管道兩頭密封，由于管道長，內(nèi)徑大，管道內(nèi)部空間相對變大，足量的氬氣很難把管道腔體里的空氣置換掉。在高溫下內(nèi)焊縫就會被氧化，內(nèi)焊縫顏色呈黑色，影響內(nèi)焊縫質(zhì)量。

4.2 現(xiàn)在的內(nèi)保護(hù)方法是取焊縫左右100mm位置，長度約200mm作為一個小腔體，利用Φ14×2金屬硬管把氬氣輸入進(jìn)去，對內(nèi)焊縫進(jìn)行保護(hù)。由于極大地縮小管道腔體保護(hù)空間，使用同樣氬氣量或更小氬氣量對內(nèi)焊縫進(jìn)行保護(hù)，焊接質(zhì)量得到了明顯提高。

5 氣保護(hù)措施的改進(jìn)

采用“氣室保護(hù)”進(jìn)行的焊接方法，是將傳統(tǒng)的管道兩頭密封方法改為焊縫兩側(cè)密封，縮小管道腔體保護(hù)空間。

例Φ108×4，長度約18米的管道，V1為縮小后的空間，V為原有空間，L1為縮小后的長度約200mm：

V1/V=πr2L1/πr2L=L1/L=200/18000=1/90

由上例可看出，縮小后的管道腔體是原有管道腔體的1/90，空間極大縮小，充足的氬氣保護(hù)更利于內(nèi)焊縫成型，保護(hù)效果也會更理想。工藝原理如下圖1：

注：①所用硅膠片是工業(yè)耐高溫硅膠，厚度2～4mm，外徑尺寸大于焊接管道內(nèi)徑3～6mm，中心鉆Φ10mm小孔。（2片）

②Φ10×1不銹鋼管一端封堵，一端焊接直通接頭，長度大約500mm。在距離封堵一端約150mm位置鉆Φ1～Φ2小孔4～6個，以便使保護(hù)氣均勻進(jìn)入保護(hù)腔體。

③不銹鋼片4片，外徑尺寸小于焊接管道內(nèi)徑尺寸5～8mm，厚度1～1.5mm，不銹鋼片中心鉆Φ10mm小孔。

④抱箍4個，為固定不銹鋼片和硅膠的位置。

以上就是氣室所需材料及原理圖。每次使用可將焊接管道對接好，利用加長不銹鋼管連接氣室，將氣室送入需保護(hù)位置，通過焊縫間隙觀察氣室所在正確位置，保護(hù)氣體可通過加長不銹鋼管進(jìn)入氣室，更好的保護(hù)內(nèi)焊縫。

6 新工藝的優(yōu)點

6.1 “氣室保護(hù)焊”改變以往兩頭密封的氣體保護(hù)方法，通過縮小保護(hù)腔體，使焊縫得到充分保護(hù)，避免氧化物、多余物和可脫落物的產(chǎn)生，內(nèi)焊縫成型好，色澤優(yōu)。

6.2 “氣室保護(hù)焊”能極大地減少氬氣使用量，節(jié)約氬氣成本。

6.3 “氣室保護(hù)焊”在同內(nèi)徑尺寸的管道中可重復(fù)多次使用。

6.4 打底焊一次成型，內(nèi)窺鏡檢測100%合格，探傷100%合格，焊縫Ⅰ級率達(dá)99%，大大減少返修率。

7 結(jié)論

7.1 “氣室”使用方便，適合在復(fù)雜環(huán)境下工作。

7.2 節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率。

7.3 在同行中積極推廣，效果顯著。

【參考文獻(xiàn)】

[1]魯愛琴，張正先，宋勝英，等.GB50236-98《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范》北京 中國建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額研究所，1998.

[2]馮志偉.《焊接技術(shù)》.天津：天津市郵政報刊發(fā)行局，2014-2015.

[責(zé)任編輯：田吉捷]