奥氏体不锈钢管背面自保护TGF焊丝打底焊接工艺

王小会

摘  要：石油化工行业中，强腐蚀性物料反应、运输和储存均需使用不锈钢压力容器和不锈钢管道，不锈钢焊接质量的好坏直接决定着压力容器的使用寿命。本文通过采用实芯焊丝和背面自保护TGF焊丝两种焊丝焊接对比试验，分别从焊接接头外观、力学性能、施工难易程度及施工成本等方面进行分析和比较，论证了背面自保护TGF焊丝的打底焊接优越性。

关键词：不锈钢管  氩弧焊打底  背面自保护  TGF焊丝  缺欠

不锈钢中含高铬、镍等合金元素，为防止高温下熔池氧化、合金元素烧损，焊接时采用氩气保护，氩气既不与高温金属发生化学反应，也不溶解于液态金属，很好地起到隔离空气与高温熔敷金属的作用。但若背面保护不好，易氧化发生晶间腐蚀、成型不良或接头力学性能不合格等焊接缺欠。

常规不锈钢管道采用钨极氩弧焊打底，充氩工序繁琐、保护质量不稳定，充氩量依据不锈钢管内腔大小决定，很不经济。本文介绍日本油脂公司开发的TGF焊丝，因其能在熔池背面形成致密的保护膜使背面不受氧化，而达到和原有充氩工艺相同的目的，目前已成功应用于石油化工、电力建设、特种设备制造等行业的不锈钢焊接。

一、自保护TGF焊丝背面保护原理

背面自保护TGF焊丝（下称TGF焊丝）是在实芯焊丝的外表面包裹了一层药皮涂层，外形与不锈钢焊条相似，药皮中加入的造渣剂、脱氧剂、脱硫剂等在焊接过程中起到了很好的稳弧、脱氧、脱硫和改善操作性能等作用。TGF焊丝利用渣气保护机理保护背面焊缝不受氧化，焊道冷却后熔渣自行脱落，支持全位置焊接，焊接过程稳定，耐腐蚀性强，焊缝质量优良^【1】。

二、焊接试验

本文以相同试件为例，分别采用实芯焊丝和TGF焊丝进行对比试验焊接，从焊接接头的外观、力学性能、施工难易程度及施工成本等方面进行分析和比较^【2】，验证TGF焊丝的焊接优越性。

2.1焊接材料选用

焊接试验选用材质为022Cr19Ni10（GB/T14976-2012），规格φ114×6×300不锈钢管2组，V型60⁰机加工坡口，99.99%氩气，母材、焊丝化学成分及力学性能见表2.1。

2.2焊前准备及层间控制

焊前打磨坡口两侧各20mm，丙酮清洗表面油污，两侧涂防飞溅剂，6点、12点方向点焊，焊机选用WS-400逆变焊机，焊工为熟练氩弧焊工。氩气流量控制正面14L/min，背面16L/min，層间温度≤150℃，TGF焊丝使用前应进行40～50℃低温烘干10～20分钟。焊接参数见表2.2。

由表2.2知，焊接电流控制自保护TGF焊丝要比实芯焊丝大一些，这是因为TGF焊丝不仅要熔化实芯焊丝还要熔化焊丝外面的药皮。

三、焊接接头质量比较

对比两块试板焊缝外观：成型美观、无焊瘤、咬边、烧穿、夹渣及未焊透等缺陷，焊接变形和余高均满足要求，RT检测无裂纹，力学性能检测合格，试验结果见表3.1。

四、焊接成本比较

对比两组试块，机具折旧费、电费、人工、无损检测及试件坡口加工等费用均不在本次成本比较范围内。表4.1主要列出了两种焊丝和氩气用量成本比较。实芯焊丝73.5元/KG，TGF焊丝125.641元/KG，氩气94.017元/瓶（每瓶40L，12.5MPa），按使用焊丝3根计算。

由表4.1可以知道，试验室条件下TGF焊丝焊接成本偏高，这主要是由于当今国内市场上TGF焊丝单价较高造成的。

五、实例应用

5.1 工程项目领域应用

随着TGF焊丝价格降低，其使用也越来越广泛，我公司首次在扬子石化炼油厂《扬子石化二套常减压装置节能改造》工程项目碰头口及固定口中使用此TGF焊丝，焊接总口数25道，合格24道，一次口合格率96%。后期在扬子公司三轮污水改造《扬子石化新建1根DN400污水再生水压力管道》及《热电厂560t/h污水再生水回用管道》项目中等多次使用，一次片合格率均在97.5%以上，同比实芯焊丝焊接一次合格率提升至少1.5%。

5.2 压力容器制造领域应用

酸水冷进料冷却器（E62101）管程材质S30408（GB/T24511），管程焊缝打底层均采用TGF-308φ2.4焊丝，填充及盖面层采用E308-16φ4.0焊条，A、B类焊缝：RT 100% Ⅱ级合格。

若同期采用实芯焊丝氩弧焊打底作对比，管程容积510L，按焊接时间1.5h，使用焊丝30根计算，其中充氩工序又分为直接和人工充氩两种模式，其成本比较结果见表5.1。

由此可以看出直接充氩用实芯焊丝成本最低，但此表中未计算充氩人工及辅助设施费，因而在大型压力容器如储罐、塔等设备焊接中使用TGF焊丝比较经济，且节省氩气用量。

5.3 压力容器检修领域应用

扬子公司烯烃厂E532更换膨胀节，材质为S30408，焊材选用TGF-308 φ2.4打底，E308-16 φ3.2，4.0填充盖面，省去了以往实芯焊丝打底向换热器内充氩环节，缩短单道口的工作时间，从而使整体效率得到提高，缩短工期显著，为烯烃厂提前开车挖潜增效。另外，因工艺停车的旧设备内部充氩也极为危险，容易造成窒息死亡，从安全性考虑，TGF焊丝更适合现场设备检修使用。

结论

综上所述，实芯焊丝和TGF焊丝在焊接成型及外观检验、无损检测、力学性能等方面均合格，TGF焊丝焊接成本较高，实芯焊丝充氩准备工作较长。

TGF焊丝焊接也有一定的局限性，焊丝成本偏高，仅用于不锈钢打底上，需配合实芯焊丝或焊条使用等。但由于其免充氩、脱渣性好、焊接效率高、焊接质量好等优点，TGF焊丝在长输管道、检修作业、固定口难充氩及背面充氩量较大的场合使用，更具有其不可替代性。

参考文献

[1] 蒋受林，刘鸿坚，药皮焊丝在不锈钢管道打底焊中的应用[J]，化工建设工程，2010，（03）：167-168

[2] 张海东，钨极氩弧焊打底的背面保护方式分析与比较[J]，石油化工设备，2009.8，38（增刊）：89-91

[3] 栗卓新，皇甫平，吴宏兴，不锈钢管打底焊接工艺的进展[J]，兵器材料科学与工程，2001.11，24（6）：54-57