船用不锈钢管道焊接技术研究

祝乐 王锁英

（中国船舶重工集团公司七一二研究所，武汉 430064）

1 引言

船上不锈钢管道输送的介质为水（淡水或纯水）、油等，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，会导致管路流阻增大，水、油等在管内积留，影响系统的冷却效果或系统性能，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0～1 mm，坑深度不超过0.3 mm，尤其是管内焊缝必须成型均匀，光滑无毛刺，焊缝高度均匀0～0.3 mm。针对此情况，对船用不锈钢管道的焊接，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。

2 焊接设备选择

在船上应尽量选择管壁薄、强度高的不锈钢管道。一般舱室中不锈钢管壁薄2～3 mm，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)，它具有以下特点，能满足船用不锈钢管道焊接的要求：

图1 船用不锈钢管道

（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）氩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，因而热输入易调节。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。

（5）由于填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。

3 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。船用不锈钢管道主要是薄壁小口径不锈钢管道，焊缝要求双面成型，光滑无毛刺。按这种要求，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。

4 焊接工艺要求

4.1 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气体的流量(见表1)。

表1 喷嘴直径与管道的厚度关系表

（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，保护效果越差，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，经试验采用钨极伸出长度为8～10 mm，这时喷嘴到工件的距离为l0～13 mm。以薄壁小口径不锈钢管道为例，这种方法可获得较窄的焊缝，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）管内充氩气保护

管内充氩气保护，在引弧前10～20 s，启动开关送气阀，将管内的空气排除，并调节流量表所需的流量。对小管道可采用满充，对大口径管道采取局部充氩，以减少氩气用量(见表1)。

4.2 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，钨极直径应增大，反之则小。确定直径的钨极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。船用不锈钢管道焊接中选择钨极直径为1.6 mm。

4.3 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。对船用不锈钢管道的焊接。应选择直流电源，正接法(工件正接)。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。

4.4 焊接规范的选择

焊接规范是否合理。直接影响焊接质量，由以上几点理论分析船用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。

4.5 焊接引弧及熄弧

提前10～20 s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，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20°，第三点是仰焊处为弧点，起弧时焊把与工件的角度为90°，根据被焊接管道的大小逐步改变角度。在焊接过程中，焊把不能横向摆动，在每一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5～10 s，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。

5 管及管件法兰焊接

（1）管对接。管组对时，内壁内齐，对口间隙0～0.1 mm。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，如图2所示。不锈钢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，由于不锈钢和氧的亲和力很大，管内侧必须充氩气保护，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，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200～300 mm)，在水压试验时，可溶纸自行溶化。

图2 管对接示意图

对于不同管径不锈钢管道的焊接，分段焊接的顺序如图3所示。

图3 不同管径分段焊接示意图

（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，船用不锈钢管道大部分2 mm厚，部分设备管道5～6 mm厚，管壁厚度差3～4 mm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45° 坡口，薄管加成20° 坡口，这样，焊后就完全能满足质量要求。

（3）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，坡口要合理加工，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。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l／4，有四次角度变化，每次送丝速度都不同，在二管夹角为90° 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7 ～80° 之问。焊后内部光滑平整，符舍质量要求。

（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180°，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。

6 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。仔细地清除焊缝逢围的焊屑，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)20 ml、水100 ml、硝酸(比重 1.42)30 ml

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10 min，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。

7 结论

对于船用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，并根据管道壁厚合理选择焊接参数，如喷嘴直径、氩气流量，钨丝长度等，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。

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