吳桂芬

(廈門市政工程有限公司，福建 廈門 361022)

0 前言

316L不銹鋼管具有良好的耐腐蝕性，常用于環(huán)保、化工等領(lǐng)域中。內(nèi)田污水處理廠一期工程AAO生化池的水下空氣管采用316L不銹鋼管，其總長(zhǎng)度近500 m，約150道焊口。由于焊接管道無(wú)法移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，需進(jìn)行管道全位置焊接。在全位置焊接過(guò)程中，熔池液態(tài)金屬在不同空間位置的受力不同，成形難以把握[1-3]，操作難度大。

王宇紅等人[4]采用鎢極氬弧焊打底，焊條電弧焊填充、蓋面焊接316L不銹鋼無(wú)縫鋼管，但其采用的鎢極氬弧焊背面需進(jìn)行充氬氣保護(hù)，即要在現(xiàn)場(chǎng)給管道封堵后，內(nèi)側(cè)通氬氣保護(hù)，氬氣的流量難以控制，濃度難以得到保證，焊前準(zhǔn)備工作多；由于氬氣沒(méi)有脫氧或去氫的作用，對(duì)焊前的除銹去油要求較嚴(yán)[5-6]，在現(xiàn)場(chǎng)仰焊位置送絲困難，視線受阻。顧偉等人[7]采用全位置自動(dòng)脈沖TIG焊機(jī)焊接不銹鋼管，但該焊機(jī)造價(jià)較高，不適用于現(xiàn)場(chǎng)焊接。另外，傳統(tǒng)焊條電弧焊接頭數(shù)量多，效率低。因此，該研究的鎢極氬弧打底焊采用免充氬不銹鋼焊絲，仰焊位置采用管內(nèi)送絲；CO2氣體保護(hù)焊填充及蓋面以提高效率。

1 材料與設(shè)備

母材為316L無(wú)縫不銹鋼管，規(guī)格為φ219mm×4 mm。填充材料選擇科威爾焊接(江蘇)有限公司生產(chǎn)的焊絲。打底焊時(shí)采用免充氬不銹鋼焊絲TGF316LT-5，規(guī)格為φ2.4 mm；填充焊和蓋面焊所用焊絲為FA316LT1-1，規(guī)格為φ1.2 mm，適合全位置焊接，焊接工藝性能優(yōu)良、電弧穩(wěn)定、飛濺少、焊縫成形美觀。母材及焊材的化學(xué)成分見(jiàn)表1，其力學(xué)性能見(jiàn)表2。

表1 母材及焊材的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表2 母材及焊材的力學(xué)性能

焊接設(shè)備：鎢極氬弧焊采用TIG-250S型焊機(jī)，CO2氣體保護(hù)焊采用NB-350EⅡ型焊機(jī)。

2 316L不銹鋼的焊接工藝

坡口打磨：對(duì)焊縫坡口進(jìn)行打磨，采用Y形坡口形式，坡口的尺寸如圖1所示。

圖1 坡口尺寸

焊縫清理：將316L不銹鋼管坡口打磨后，對(duì)焊縫及坡口兩側(cè)各35 mm范圍內(nèi)的油污、水統(tǒng)一進(jìn)行清理，避免有害元素滲入焊縫。

管件定位：管件按坡口間隙組對(duì)后，進(jìn)行三點(diǎn)定位焊，以防錯(cuò)邊等缺陷。點(diǎn)固焊后盡快焊接。

焊接：316L不銹鋼熱導(dǎo)率小，而熱膨脹系數(shù)大，因此采用焊接能量集中的鎢極氬弧焊打底、CO2氣體保護(hù)焊填充及蓋面。鎢極氬弧焊采用直流正接，CO2氣體保護(hù)焊采用直流反接。316L不銹鋼熱裂紋敏感大，過(guò)高熱輸入會(huì)造成焊縫開(kāi)裂，降低抗蝕性[3]，故采用小電流小電壓，以嚴(yán)格控制焊接熱輸入。焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 焊接工藝參數(shù)

打底焊、填充焊及蓋面焊均采用分段焊接，層間接頭相互錯(cuò)開(kāi)，層間溫度控制在(150±15) ℃。每段內(nèi)采用連續(xù)焊以減少接頭數(shù)量，保證焊接質(zhì)量。

鎢極氬弧焊打底焊分段法如圖2所示，在表3的電流范圍內(nèi)微調(diào)電流：第3段與第4段(仰爬坡位置到立爬坡位置)焊接電流較小，防止熔池下墜；第5段與第6段(立爬坡位置到平焊位置)電流較大，使鈍邊熔化，避免出現(xiàn)未焊透的缺陷；第1段與第2段(仰焊位置到仰爬坡位置)的電流大小在以上2種分段電流之間，利用電弧吹力托住熔池。第1段起焊位置偏離垂直中線，避免第1段和第2段交接處在管最下端導(dǎo)致出現(xiàn)未熔合現(xiàn)象。第1段與第2段采用管內(nèi)送絲方式，即把焊絲通過(guò)焊縫間隙伸進(jìn)管內(nèi)，焊絲尖端抵達(dá)焊縫鈍邊處。打底焊采用先鈍邊后中間的運(yùn)條方式：先將兩邊鈍邊熔化至微微“出汗”時(shí)，填入熔化的焊絲形成兩側(cè)熔池，再在兩側(cè)熔池之間將焊絲熔化，搭接起兩側(cè)熔池。

圖2 打底焊分段焊接示意圖

填充焊分段焊接方法如圖3所示，蓋面焊分段焊接方法如圖4所示。焊絲伸出長(zhǎng)度不長(zhǎng)于10 mm，運(yùn)絲方式、送絲速度、送絲角度隨焊接位置靈活調(diào)整，保證焊縫質(zhì)量與美觀。

圖3 填充焊分段焊接示意圖

圖4 蓋面焊分段焊接示意圖

焊縫清理與鈍化：每道焊縫焊完后，徹底清除焊渣。蓋面焊的焊渣清除之后，將不銹鋼酸洗鈍化膏均勻涂抹在焊縫及其兩側(cè)10cm，厚度1～2 mm。保持5～30 min，待不銹鋼表面氧化皮等完全清除干凈后用清水沖凈，自然干燥。焊后嚴(yán)禁采用不銹鋼絲刷清理焊縫。

3 焊縫檢驗(yàn)

按照GB 50268—2008《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》，進(jìn)行焊縫外觀質(zhì)量檢查與100%的焊縫探傷檢測(cè)。檢查結(jié)果表明：未有熔化金屬流到焊縫外未熔化的母材上；焊縫和熱影響區(qū)表面無(wú)裂紋、氣孔、弧坑和灰渣等缺陷；表面光滑、均勻、焊道與母材平緩過(guò)渡；焊縫無(wú)損檢驗(yàn)合格。

4 結(jié)論

該工藝應(yīng)用于316L無(wú)縫不銹鋼管的現(xiàn)場(chǎng)全位置焊接，采用鎢極氬弧焊打底保證質(zhì)量、CO2氣體保護(hù)焊填充及蓋面提高效率。打底焊時(shí)采用免充氬不銹鋼焊絲，避免背面充氬氣保護(hù)的麻煩；打底焊時(shí)，從仰焊位置到仰爬坡位置采用管內(nèi)送絲的方式，焊接視線良好。該焊接工藝焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，已經(jīng)焊接工藝評(píng)定，并成功應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)。