火力发电机组常用奥氏体不锈钢管TIG焊接工艺保护措施

2016-11-18汤亚杰

中国科技纵横 2016年18期

关键词：不锈钢管氩气保护措施

汤亚杰

（上海电力股份有限公司吴泾热电厂，上海　200241）

火力发电机组常用奥氏体不锈钢管TIG焊接工艺保护措施

汤亚杰

（上海电力股份有限公司吴泾热电厂，上海200241）

奥氏体不锈钢合金成分高，并且由于其导热率低，线膨胀系数大的物理特性，当采用TIG焊接时如不采取正确的保护措施，将不可避免的造成焊缝金属过烧和焊缝根部表面金属的剧烈氧化。本文着重阐述了目前火电检修TIG焊接中，针对奥氏体不锈钢管焊接所采用的防止氧化缺陷的工艺保护措施。通过采取必要和正确的工艺措施，将有效避免奥氏体不锈钢管在焊接过程中产生金属氧化的缺陷，获得高质量的焊接接头。

奥氏体不锈钢管TIG氧化缺陷工艺保护措施

1　氧化缺陷的主要危害

奥氏体不锈钢大量应用于火电厂化学系统管道、热工仪表管、热交换器管等方面，同时在锅炉高温过热器和高温再热器管中也广泛应用。奥氏体不锈钢管在焊接过程中产生内壁严重氧化缺陷的焊接问题，在设备安装和日常检修中累见不鲜，这一焊接缺陷将大大缩短奥氏体不锈钢管的使用寿命，导致焊接接头早期失效，给设备安全运行带来隐患。

2　常用奥氏体不锈钢及焊接性能

奥氏体不锈钢是在铬含量为18%的铁素体型不锈钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素而获得的钢种。在火电厂管道中常用的有18-8型（TP304）、18-12型（TP347）等。奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能和优良的高温热强性能，比铁素体/珠光体钢更好的抗高温氧化性能。但另一方面，奥氏体不锈钢的导热率只有普通低合金钢的三分之一，线膨胀系数比普通低合金钢高约50%，由于导热性能差、线膨胀系数大，所以焊接应力和焊接变形较大。在焊接过程中易产生焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀、应力腐蚀、表面氧化等缺陷，给焊接工作带来了很多不利影响。

3　奥氏体不锈钢管TIG焊接背面保护措施的选择

奥氏体不锈钢管通常采用TIG焊接，即使是大口径管道也采用TIG焊接打底层。由于不锈钢和氧的亲和力很大，如果不采取相应的保护措施，背面的焊缝金属由于缺少氩气的有效保护极易在焊接高温下产生严重的氧化，造成合金元素烧损，从而使得焊缝金属的力学性能和耐蚀性下降。为保证焊缝背面的焊接质量，必须采取有效的防护措施。

3.1采用管内充保护气体的方法对焊缝根部进行保护

保护气体根据材质的不同可以为氮气、氩气或混合气体。目前，TIG焊接基本采用管内充氩的方法防止焊缝背面氧化。充氩方法主要包括整体充氩和局部充氩等。出于节约工程成本并同时满足施工要求的考虑，通常采用局部充氩的工艺方法。管道内部局部充氩保护通常有两种方法，一是置换充氩，将管子两端距焊接部位一定距离用水溶性纸封堵，用氩气将管内空气置换出来，这种方法主要用于小口径管道（见图1所示）。

另一种是背充保护，它是利用充氩扁管伸到焊接部位的背面，以略小于正常氩弧焊的氩气流量，对施焊部位跟踪保护，这种方法主要用于板件及大口径管的焊接（见图2所示）。

3.2选用药芯焊丝

选用药芯焊丝进行TIG焊接是一种自保护焊接方法。药芯焊丝在焊接过程中，药剂会融化渗透到熔池的背面，在冷却的过程中形成一层致密的药皮覆盖在根部焊缝表面，从而起到保护根部金属不被氧化的作用。这种自保护焊接方法保护效果好、操作简单，但也有一些难以克服的缺点。由于其在焊接过程中产生的药皮滞留在管内难以去除，大量采用可能会造成管道通径流量降低，甚至造成管道堵塞。因而在焊接洁静度要求较高的管道或进行大批量焊口焊接时将无法采用。

目前，在电力检修中通常采用充保护气体的方式防止根部氧化。其优点是保护效果好、管内洁静度高；缺点是工艺要求高，操作复杂和保护气体消耗较多。药芯自保护焊由于背部药皮无法去除，所以除特殊条件下的个别小口径管抢修外，一般不予采用。

4　充氩保护的工艺要点

（1）焊接时气室内应提前送气，待气室内空气排出后，方可施焊。焊接过程中应保持充氩气流稳定。停焊时焊枪应滞后停气，并在收弧处停留一段时间，避免收弧处的焊缝金属表面在高温下产生氧化。（2）氩气流量应适中，流量过小保护不好，焊缝背面易氧化；流量过大会产生涡流，影响保护效果，同时由于氩气流量过大而产生的气室内部向外的气压会造成焊缝根部内凹的缺陷，降低接头质量。（3）由于氩气比空气质量重，从较低位置充入氩气容易保证气室内获得更高的氩气浓度，充氩保护效果也就更好。（4）为了减少气室内氩气从对口间隙处的流失，焊接前可沿焊口间隙贴上铝箔胶带，仅留出可一次连续施焊的长度，通过边焊边揭去胶带的办法来提高充氩保护效果。（5）打底结束前应于焊口正面预留一处检查孔，用手电和

············肉眼认真检查焊缝根部成形情况，这样可以及时发现焊接缺陷并及时采取补救措施。（6）保护的效果可通过焊缝金属表面的颜色加以判断：银白或金黄色为最好；蓝色为良好；灰色为不良；黑色则说明氧化已经较为严重了。

5　焊接技巧和对焊接参数的把握

奥氏体不锈钢焊接线能量不但直接影响到焊接接头的抗裂性能、耐腐蚀性能、焊接变形等，过高的线能量还会造成焊缝金属的过烧和氧化。因此，奥氏体不锈钢管道焊接时，在保证完全焊透、完全熔合的情况下，尽量采用小电流、低电压（短弧焊）焊接，以减少热输量。

（1）焊枪和整个气路气密性应确保完好，氩气纯度≥99.99%，保护焊接熔池的氩气纯度是影响焊接质量的第一要因。（2）当焊接电流为50～150A时，氩气流量为8～9L/m in，当电流≥150A时，氩气流量可相应提高到9～12L/m in。（3）钨极从喷嘴突出的长度不宜过长，以4～5mm为宜，在气体保护遮蔽性差的地方应缩短到2～3mm，喷嘴至施焊点的距离一般不得超过10mm。（4）焊接奥氏体不锈钢时，焊接电弧长度保持在1～3mm为宜，随着电弧长度的增加保护效果会随之变差。（5）为使氩气充分保护焊接熔池，钨极中心线与焊件应保持80～85°角左右，填充焊丝与焊件表面夹角应尽可能地小，一般应保持在≤10°。（6）TIG打底的焊层厚度不宜过薄，应保持在2.5mm左右为宜，同时将焊接速度控制在不低于4cm/m in，这样可以有效避免在焊接中间层的过程中，焊缝根部表面由于高温而产生氧化。（7）尽可能采用连续送丝法焊接，这样有利于控制焊接熔池温度，减小高温区范围，提高氩气保护效果，有效避免金属表面氧化。（8）在有气流影响的地方施焊，应做好必要的防风遮蔽措施，保证焊接顺利进行。