郝文進(jìn)

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

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氬弧焊接技術(shù)在引黃消防與清水系統(tǒng)改造工程中的應(yīng)用

郝文進(jìn)

(山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006)

摘要：在引黃工程泵站消防與技術(shù)供水管道改造項(xiàng)目中，供水管道由原來的碳鋼無縫鋼管改為304奧氏體不銹鋼無縫鋼管，針對不銹鋼管道焊接施工中采取手弧焊焊縫合格率偏低的問題，提出了氬弧焊焊接工藝，并對此工藝詳盡闡述，經(jīng)χ射片檢測，采用此工藝可對不銹鋼焊接質(zhì)量一次性合格率達(dá)到97%，充分保證了地下直埋管道的焊接質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；無縫鋼管；氬弧焊；焊接工藝；工程應(yīng)用

1工程簡介

萬家寨引黃入晉工程是一項(xiàng)大型跨流域調(diào)水工程，該工程從黃河萬家寨水利樞紐庫區(qū)取水，分別向太原、大同和朔州3個(gè)重要的能源基地供水，以解決其嚴(yán)重的缺水危機(jī)。工程分為總干線、南干線、北干線、連接段四部分。引黃一期工程總干線、南干線和聯(lián)接段于2002年建成通水；2011年9月，北干線實(shí)現(xiàn)向大同供水區(qū)供水。

泵站消防供水系統(tǒng)和清水系統(tǒng)自1997年隨主體工程的實(shí)施陸續(xù)開工建設(shè)，于2002年建成并通過有關(guān)驗(yàn)收，2003年10月全線通水時(shí)正式投入使用，歷經(jīng)10多年的運(yùn)行，基于當(dāng)時(shí)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、供水系統(tǒng)室外自然環(huán)境的變化，現(xiàn)各泵站的消防供水和清水系統(tǒng)的供水設(shè)備和管網(wǎng)已經(jīng)產(chǎn)生不同程度的損壞、老化等現(xiàn)象，存在不少安全隱患，直接影響泵站的安全運(yùn)行，為滿足未來安全運(yùn)行需要，故對清水和消防供水管網(wǎng)進(jìn)行升級改造。

工程改造范圍主要為萬家寨樞紐至平魯只泥泉段中的5座泵站，每座泵站分兩個(gè)系統(tǒng)管網(wǎng)的改造，即消防和清水系統(tǒng)。工程改造的重點(diǎn)是對原來的碳鋼管道改為304奧氏體不銹鋼無縫鋼管，包括系統(tǒng)配套的法蘭閥門等均為不銹鋼材質(zhì)。焊接技術(shù)由普通的手弧焊升級為氬弧焊焊接，氬弧焊技術(shù)是在普通電弧焊的原理的基礎(chǔ)上，利用氬氣對金屬焊材的保護(hù)，通過高電流使焊材在被焊基材上融化成液態(tài)形成溶池，使被焊金屬和焊材達(dá)到冶金結(jié)合的一種焊接技術(shù)，由于在高溫熔融焊接中不斷送上氬氣，形成一個(gè)保護(hù)氣罩，使鎢極端頭，電弧和熔池及已處于高溫的金屬不與空氣接觸，能防止氧化和吸收有害氣體。從而形成致密的焊接接頭。焊接管材主要規(guī)格型號D219*7、D114*5、 D57*3.5。

2氬弧焊定義

氬弧焊是使用氬氣作為保護(hù)氣體的一種焊接工藝，在焊縫空間形成嚴(yán)密封閉的氣層，同時(shí)利用電弧產(chǎn)生的熱量，來融化焊縫填充焊絲形成焊縫，其金屬保護(hù)性能好，針對不銹鋼焊接能獲得純凈、質(zhì)量高的焊縫。

3焊接工藝及其要求

3.1對焊接人員和材料要求

對于焊接人員應(yīng)滿足考核項(xiàng)目的需要，具備上崗安全教育證明文件或?qū)I(yè)培訓(xùn)資格證。按照《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》TSGZ6002中規(guī)定，[至少應(yīng)滿足GTAW-FeⅣ-2G、5G/6G-4/60-FeFs-02/10/12、GTAW-FeⅣ-2G、5G/6G-4/273-FeFs-02/10/12和SMAW-FeⅣ-2G(K)、5G(K)/6G(K)-14/273-Fef4J]，在具備以上條件焊工再進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)操考核，合格者方可進(jìn)行工程焊接。

不銹鋼氬弧焊工必須持證上崗，上崗前應(yīng)做專業(yè)知識培訓(xùn)及現(xiàn)場試焊，試焊合格后方可上崗操作。對焊接材料必須符合設(shè)計(jì)要求，并具有檢驗(yàn)報(bào)告和生產(chǎn)合格證，不合格的材料不得投入使用。

3.2焊接工藝

3.2.1氬氣保護(hù)措施

管件對口前，應(yīng)先對管壁和管口處理干凈，再對焊接區(qū)(管口內(nèi)壁)15～20 cm處黏貼水溶紙，要求封閉嚴(yán)密，以防漏氣影響焊接質(zhì)量。

3.2.2焊接設(shè)備及焊絲選擇

根據(jù)本工程不銹鋼管型材料，采用φ2.5的大橋牌Trade Model (THT-308)焊絲，使用前清理其表面的油污、臟物等，焊接氬氣應(yīng)符合《氬》GB/T4842的相關(guān)規(guī)定。氬氣純度不應(yīng)低于99.99%，防止焊接時(shí)出現(xiàn)氣孔。當(dāng)瓶裝氬氣的壓力低于0.5MPa時(shí)，應(yīng)停止使用。

采用逆變直流氬弧兩用焊機(jī)，氬弧焊時(shí)采用直流正接，焊條電弧焊時(shí)采用直流反接。

3.2.3焊接環(huán)境

焊條電弧焊的風(fēng)速≤8 m/s。鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊和熔化極氣體保護(hù)電弧焊≤2 m/s。焊接電弧1m范圍內(nèi)相對濕度不得大于90%。在雨、刮風(fēng)天氣施工時(shí)，應(yīng)采取防風(fēng)防護(hù)措施。不銹鋼管道焊接應(yīng)在環(huán)境溫度-5℃以上進(jìn)行，當(dāng)環(huán)境溫度在-5℃以下焊接時(shí)，在點(diǎn)焊前就開始預(yù)熱，預(yù)熱溫度不低于手感溫度(50℃左右)，風(fēng)、雨、(雪)天要有防范措施。

3.3焊接工藝參數(shù)選擇

3.3.1對口

管子或管件對接焊縫組對時(shí)，內(nèi)壁應(yīng)其平，內(nèi)壁錯(cuò)邊量不宜超過管壁厚度的≤0.5～0.7 mm，且≤2 mm。“V”形坡口對口間隙為0～0.5 mm，坡口角度為65°～70°，組對時(shí)的間隙鈍邊大小，由焊工自定。

3.3.2定位焊

定位焊3處，先點(diǎn)固兩處，定位焊就焊透，焊縫長度≤8 mm，高度為3-4 mm，不得有氣孔等缺陷，定位焊兩端應(yīng)修磨成緩坡形，以利接頭。另一點(diǎn)為引弧起焊點(diǎn)。

3.3.3焊接

焊縫為兩層，即打底焊與蓋面焊。

3.3.3.1打底焊

打底焊是單面焊雙面成形是保證根焊質(zhì)量的關(guān)鍵。操作要點(diǎn)是要始終保持“熔孔”大小一致(坡口根部兩側(cè)各熔化0.5～1 mm為宜)，否則“熔孔”過大，容易造成管內(nèi)“焊縫成型過高”或形成“焊瘤”，“熔孔”過小，容易產(chǎn)生“未焊透”焊接缺陷。具體作法是：水平或45度位置焊接操作時(shí)分兩個(gè)半個(gè)圓進(jìn)行，起始與終止焊點(diǎn)(管周的一半按時(shí)鐘6點(diǎn)—12點(diǎn))，均要搭過10 mm為宜。起焊時(shí)(6點(diǎn)處)，應(yīng)盡量往上壓低電弧，焊絲要緊貼坡口根部(或內(nèi)填絲)，在坡口兩側(cè)熔合良好的情況下，焊接速度應(yīng)盡量快些，以免鐵水下墜，形成內(nèi)凹。

采用間斷送絲法施焊，焊絲在氬氣保護(hù)范圍內(nèi)一進(jìn)一退，一滴一滴地向熔池添送，焊槍隨管的曲率而變化，向上擺進(jìn)。打底焊縫應(yīng)稍厚些，以免產(chǎn)生裂紋。當(dāng)焊到11點(diǎn)到12點(diǎn)(1點(diǎn)到12點(diǎn))處，焊縫將要收口“碰頭”時(shí)，不宜再熄弧，焊槍應(yīng)連續(xù)劃小橢圓運(yùn)動，使接頭區(qū)域得到充分熔化，熔孔逐漸變小，并及時(shí)填充焊絲，連續(xù)焊超過12點(diǎn)后10 mm后再熄弧，以防產(chǎn)生“縮孔”或接頭“脫節(jié)”。這樣作的好處是管內(nèi)焊縫不過燒，成型美觀，余高以0.5～1 mm控制。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件和管件的材質(zhì)、壁厚，確定氬弧焊參數(shù)(如下表1)。

表1　氬弧焊參數(shù)

3.3.3.2蓋面焊

蓋面焊時(shí)，焊槍與焊件的角度為75°～85°。焊絲與焊件角度為10°～15°為宜，采用搖擺送絲法向上施焊，焊絲在一側(cè)坡口上向熔池送一滴填充金屬，然后，移向另一側(cè)坡口上向熔池又送一滴填充金屬，焊槍隨焊絲擺動途徑向上移動。

不管焊條電弧焊，還是氬弧焊方法“蓋面焊”，熔池都要保持“橢圓形狀”為宜，選擇易于控制熔池溫度和形狀，焊縫填充快，焊縫表面不宜產(chǎn)生咬邊、焊瘤、焊肉過高等缺陷，圓滑過渡，余高以1～1.5 mm為好。

3.4注意事項(xiàng)

1)焊工要嚴(yán)格執(zhí)行批準(zhǔn)的焊接施工方案，焊接中應(yīng)采用強(qiáng)冷(風(fēng)、水)等措施控制“熱輸入”方法控制層間溫度(60℃以下)。焊接時(shí)，將分多條焊縫，兩次焊接，已控制層間溫度要求，嚴(yán)禁澆水冷卻。2)焊接過程中(包括定位焊)，應(yīng)始終在管內(nèi)充氬保護(hù)氣氛中進(jìn)行。3)焊接中斷或再引弧時(shí)，焊槍一定要提前送氬和滯后停氣，以便保護(hù)焊縫不受有害氣體的侵入，防止氣孔的產(chǎn)生。4)施焊時(shí)，如發(fā)生鎢尖有缺陷，應(yīng)立即重新按要求磨尖后，再繼續(xù)施焊。5)對厚度>3 mm的不銹鋼管為保證焊透，對口間隙稍大一點(diǎn)，此時(shí)要適當(dāng)填充焊絲，焊絲直徑2.5 mm。6)蓋面層焊接時(shí)，要做到蓋面飽滿，不得低于母材面，防止表面質(zhì)量缺陷的發(fā)生。

3.5施工中存在的主要缺陷及預(yù)防

3.5.1未融合

產(chǎn)生原因：熱能過小，焊絲偏向一側(cè)或焊速較快，管口有生銹或臟污，主要是溫度不夠，兩側(cè)未融化。

預(yù)防措施：焊接電流稍調(diào)大，焊絲走向要均勻、角度居中，速度不宜快，仔細(xì)刷洗坡口臟污。

3.5.2未焊透

產(chǎn)生原因：坡口角度較小、間隙較小或鈍邊較大，焊接火焰能率較小，焊接速度較快造成。預(yù)防措施：坡口尺寸嚴(yán)格按照工藝要求執(zhí)行，要求焊接人員適當(dāng)調(diào)整火焰能率，控制好焊接速度。

3.5.3夾渣

產(chǎn)生原因：坡口角度小、焊機(jī)電流小或坡口臟污清除不干凈。

預(yù)防措施：適當(dāng)調(diào)整焊機(jī)電流，進(jìn)一步仔細(xì)清除坡口臟污。

3.5.4內(nèi)凹

產(chǎn)生原因：在仰焊角度時(shí)，由于高溫融化造成金屬液體在自重下下墜造成，預(yù)防措施：選擇合理的焊接坡口及焊接電流，使熔池保持適當(dāng)大小和溫度。

3.5.5咬邊

產(chǎn)生原因：焊接時(shí)焊絲角度、兩邊溶合不一或管件多口存在錯(cuò)邊造成；預(yù)防措施：要求焊工選擇合適的電流、焊絲角度，在坡口邊緣時(shí)焊絲擺動應(yīng)稍慢一些；管口對接時(shí)應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)。

3.5.6裂紋

裂紋分為熱裂紋和冷裂紋兩者情況，主要是由于斷弧造成，或氬氣不純造成；應(yīng)對氬氣的純度、壓力和電流加以控制。

3.6焊后處理

1)焊后的不銹鋼管區(qū)域，應(yīng)用“酸洗膏”涂抹，再用不銹鋼絲刷刷，刷后用清水洗凈，自然風(fēng)干。2)匯總焊接現(xiàn)場技術(shù)、質(zhì)量等資料并歸檔。3)焊完的焊縫應(yīng)該進(jìn)行本能洗、鈍化，使焊縫得到與母材具有類似的光澤，同時(shí)，產(chǎn)生鈍化膜后，使焊縫處有了抗氧化的能力。

4應(yīng)用結(jié)論

本工程應(yīng)用了氬弧焊焊接技術(shù)，對于其施工質(zhì)量的檢測采取X光射線現(xiàn)場檢驗(yàn)，且對于埋地管道焊縫應(yīng)100%進(jìn)行檢測。焊縫質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)低于現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《承壓設(shè)備無損檢測第2部分射線檢測》JB/T4730.2規(guī)定的II級，不合格的焊縫必須返修，返修按原焊接工藝進(jìn)行。本工程標(biāo)段在應(yīng)用氬弧焊技術(shù)后，一次性質(zhì)量檢測結(jié)論如下表2所示：

表2　應(yīng)用氬弧焊技術(shù)后一次性質(zhì)量檢測合格情況

在工程確定了新工藝新技術(shù)后，應(yīng)對其進(jìn)行論證，技術(shù)方案成熟執(zhí)行，本工程中主要從三方面進(jìn)行了質(zhì)量控制，一是焊接施工人員，嚴(yán)格按照焊接工藝進(jìn)行，選擇合適的焊接角度和空間；二是現(xiàn)場設(shè)立檢測小組，在每個(gè)焊縫完成后的12小時(shí)內(nèi)進(jìn)行質(zhì)量檢測，及時(shí)對存在的原因進(jìn)行分析、排查、處理，總結(jié)，以控制焊縫一次性合格率，三是氬弧焊配套設(shè)備和材料，例如，焊機(jī)、焊絲及氬氣等尤為重要。

參考文獻(xiàn)：

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文章編號：1007-7596(2016)04-0191-03

[收稿日期]2016-03-28

[作者簡介]郝文進(jìn)(1975-)，男，山西沁源人，工程師。

中圖分類號：TG44

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B