野外及多风环境下带网导流件及瓷嘴在氩弧焊中的应用

陈箭

(山东电力建设第二工程公司，山东济南250100)

野外及多风环境下带网导流件及瓷嘴在氩弧焊中的应用

陈箭

(山东电力建设第二工程公司，山东济南250100)

分析了野外及多风环境中钨极氩弧焊产生焊接气孔的原因。确定了其原因为现场环境风速过大。给出了采用带网导流件及瓷嘴可有效减少焊接过程中产生的焊接气孔的方法，阐述带网导流件及瓷嘴的结构、原理、功能和应用范围，为焊接操作人员提供了借鉴，从而保证了现场焊接质量。

氩弧焊；气孔；带网导流件；瓷嘴

1 项目焊接难点

鲁西化工水汽三期2×150 MW电厂项目位于山东省东阿县西部，黄河西部的平原之上。本项目锅炉的安装焊接高峰期在春季。春季是鲁西地区的多风季节，本地区周围是大面积的平原，没有山地的阻挡。经对本地区春季天气情况统计，平均每月有18天风力达到了4、5级及以上，施工现场尤其是高空安装焊接时风力特别大。

本项目省煤器为交错布置4排管，经现场实际测量，管子间隙仅有41 mm，障碍管多，焊接空间狭小，焊接施工难度大，如图1、图2所示。

按照常规方案，省煤器一天焊接38只焊口，对当天焊口按50%的比例(即19只)进行了射线检验，其中仅6只合格，焊口合格率只有31.6%，不合格焊口的缺陷均为密集分布或呈蜂窝状分布的气孔。

图1 省煤器管间隙

图2 现场设备

2 缺陷分析

气孔是指溶入焊缝金属的气体引起的空洞。生成气孔的气体主要是H2、CO和N，气体来自电弧区周围的空气、母材和焊材表面的杂质(如油污、锈、水份)以及焊条药皮和焊剂的分解燃烧。熔化了的金属在高温下可以吸收大量气体，冷却时，气体在金属中的溶解度下降，气体析出并聚集生成气泡上浮，如果受到焊缝金属结晶的阻碍无法逸出，就会留在金属内生成气孔。气孔是一种体积型缺陷，它对焊缝强度的影响主要是减少了受力截面，深气孔(针孔)有时会破坏焊缝的致密性。

氩弧焊因采用惰性气体保护，熔池保护方式较为单一，容易受到各种因素的影响从而产生气孔。产生的气孔大致为两类：(1)因气体保护不好产生的N气孔，该气孔的特征为密集分布或呈蜂窝状；(2)因工件或焊丝表面的油、锈等未清理干净而产生的H气孔，它的主要特征是断面为螺钉状，内壁光滑，上大下小，呈喇叭口状。

省煤器焊口的气孔属于第1类。一般来说气体保护不好，主要有以下原因：(1)气体纯度达不到要求；(2)气体流量过大或过小；(3)气体紊流；(4)气管破损；(5)环境气流过大，一般当风速达到3 m／s以上就容易吹散保护气体；(6)喷嘴的直径过大或过小；(7)钨极的伸出长度不合适。

经分析认为，省煤器焊口气体保护不好的原因是环境气流过大，现场焊接位置困难，焊接空间狭小，焊枪无法以正确的角度进行焊接，因而焊口产生大量的气孔。由此可见，焊接时只要能做好对焊缝的保护，就能有效避免气孔的发生，提高焊口合格率，保证焊口焊接质量。

3 寻找主因

对现场搭设的简易焊接棚进行了改进，对省煤器集箱和管排进行整体防风，并将防风蓬布加厚为两层，改进后的焊接棚如图3所示。

施工现场尤其是高空安装焊接时风力特别大。高空施工时由于现场设备的实际情况，无法对施焊地点采取100%严密的防风措施，且设备的管排间隙及脚手架间隙是无法进行有效防护的。在采取改进的防风措施后，焊接棚内还是有风，风速达到3 m／s以上。

图3 改进后的焊接棚

由表1可知，改进防风措施之后，气孔缺陷减少，焊口合格率得到了一定的提高，但对合格率的提高有限，无法从根本上解决气孔缺陷问题。很显然防风措施不是焊口产生大量气孔的主要原因。因而需寻找到根本原因，以提高焊口合格率，保证焊口质量。经调查分析发现，采用的氩弧焊工具存在缺陷。

表1 省煤器在改进防风措施后效果对比

一般焊接时，采用如图4所示的手工钨极氩弧焊工具及配件，分为焊炬、瓷嘴、导流件、钨极夹和钨极等。导流件型号QQ／150A、E809，与之相配的瓷嘴为φ 8 mm×60 mm。导流件为六孔设计的连接体，此结构容易造成保护气体紊流，由于瓷嘴设计成圆台形式，因而出来的气流为圆锥形式，在瓷嘴出口处气流为伞状，在氩弧焊时会发现电弧也为伞状；钨极要求一定要打磨尖，否则会发现电弧很分散；若瓷嘴偏心，极易出现气孔，现场环境下有风及焊枪角度过偏，就会导致焊缝出现气孔缺陷。

图4 常规手工钨极氩弧焊工具及配件

4 解决方案

及时与氩弧焊配件生产厂家联系沟通，寻找相关的配件，生产厂家推荐了一种带网导流件及瓷嘴，如图5所示。

图5 带网导流件及瓷嘴

带网导流件由铜芯、铜罩、出口滤网组成，氩气气流从氩弧焊枪流出时，经过导电芯铜芯中的4个气孔，然后进入由铜芯、铜罩及出口滤网组成的气室内，在气室内，流速不均匀的氩气充分混合，使气体能趋于均匀。带网导流件滤网可以起到以下作用：

(1)过滤氩气中的杂质。

(2)使气体更加均匀，提高氩气的保护效果。

(3)带网导流件能达到更好的降温效果，防止氩弧焊工具过热(氩弧焊工具温度过高时，焊工拿不稳焊枪，会影响焊接操作，进而影响焊接质量)，同时延长了工具的使用寿命。

(4)增加氩气流量，保护效果更好。

(5)氩气从瓷嘴喷出来近似于圆柱形，气流稳定，因而空气等杂质气体不会掺杂到氩气中，一般不会出现气孔等缺陷，对焊缝的保护效果很好。

带网导流件型号为SQQ／150A、E811，与之相配的瓷嘴为φ 9.5mm×43mm。瓷嘴的出口内径为9.5mm，比一般瓷嘴的内径大，因而氩气流量大，对焊缝的保护效果会更好。该瓷嘴比普通瓷嘴短20mm左右，在焊接空间小、障碍多的地方，使用普通瓷嘴的氩弧焊枪摆不开，焊枪与焊件的角度不正确，易出现气孔。而使用带网导流件及瓷嘴后，焊枪可以摆到正确的角度，从而顺利进行焊接。

为验证带网导流件及瓷嘴的气体保护效果，进行如下实验对比：不使用填充焊丝，仅将氩弧焊电弧引弧，保持电弧引燃，缓慢地将钨极远离工件，直至熔池向外崩气孔时结束；测量此时瓷嘴至工件的距离，经实验发现，使用普通配件的距离为3.1 cm，而使用带网导流件及瓷嘴的距离为4.3 cm。由此可见，使用带网导流件及瓷嘴时，气流的冲力比普通配件大，气流能在瓷嘴出口外很长一段距离内保证气流的均匀，从而对电弧及熔池焊缝进行较好的气流保护。

为验证带网导流件的散热效果，进行了如下实验并测量了相关的数据：环境温度15℃～24℃，分别采用普通导流件及瓷嘴和带网导流件及瓷嘴连续焊接φ 57 mm×4.5 mm的焊口，在焊接完成后采用远红外测温仪对氩弧焊焊枪瓷嘴的表面温度进行测温。具体数据如表2、表3所示。

表2 普通导流件及瓷嘴焊接后瓷嘴的表面温度

表3 带网导流件及瓷嘴焊接后瓷嘴的表面温度

由此可知，在焊接电流、氩气流量和焊接速度等工艺参数相同的情况下，采用带网导流件及瓷嘴可对氩弧焊工具起到明显的降温作用，可防止氩弧焊工具过热。

5 现场应用

带网导流件在省煤器和低温再热器焊接中的应用如图6和图7所示。在实际应用中，采用带网导流件的效果如表4和表5所示。

图6 带网导流件在省煤器焊接中的应用

图7 带网导流件在低温再热器焊接中的应用

由表4和表5可知，在采用带网导流件及瓷嘴后，气孔缺陷明显减少，有效提高了焊口合格率，保证了焊口质量，促进了现场焊接施工的顺利进行。

在火力发电厂的安装焊接中，带网导流件及瓷嘴可广泛应用于多排管和散管。而在一般的锅炉水冷壁焊口焊接时，由于该瓷嘴外径稍大且水冷壁管间距实在太小，将无法应用。

表4 省煤器两种施工方法效果对比

表5＃9锅炉采用带网导流件及磁嘴整体焊接情况

6 结论

在西北、北方及沿海项目等多风地区的野外施工环境中，时常会碰到氩弧焊时出现大量焊接气孔的问题，此时在制定施工方案时首先应作好防风措施，另外可采用带网导流件及瓷嘴等氩弧焊配件。在鲁西化工水汽三期2×150 MW电厂项目锅炉焊接施工中，采取了防风措施并采用带网导流件及瓷嘴，有效避免了焊接时气孔的出现，保证了焊口质量，为机组的安全稳定提供了保障，同时对今后处理类似问题提供了借鉴。

Application of net diversion and ceramic nozzle in GTA welding under wild and windy conditions

CHEN Jian
(Shandong Electric Power Constraction No.2 Company，Ji'nan 250100，China)

This paper analyzes the gas porosity phenomenon during TIG welding under wild and windy conditions.And this paper determines the reason is that the wind speed is too large.Meanwhile this paper gives the methods of reducing gas porosity in the welding process with net diversion and ceramic nozzle effectively.Finally，this paper describes structure，principles，functions and applications of the net diversion and ceramic nozzle.All of this paper provides a reference for welding operators，thus ensuring the onsite welding quality.

GTA welding；porosity；net diversion；ceramic nozzle

book=8,ebook=77

TG444＋.72

B

1001－2303(2010)08－0082－04

2010－07－07

陈箭(1976—)，男，山东济南人，助理工程师，主要从事焊接及热处理工艺方面的研究工作。