不锈钢管道焊接防止背面氧化工艺探讨

周文

招商局邮轮制造有限公司 江苏南通 226100

将不锈钢管连接到石化结构时，焊缝表面和热影响区容易氧化和变色。为了确保钢的耐腐蚀性，焊接后对焊缝进行酸洗和钝化，在表面上形成致密层，但是不锈钢管的内壁经常不能被酸洗和钝化，从而严重减少了焊缝的酸洗和钝化，使得不锈钢管内的腐蚀性能降低。但是，整个焊接过程和施工措施很难保证后焊道和热影响区的焊接质量。因此，应改进焊接工艺，并应采取措施防止背面氧化和变色。

1 现今不锈钢管道焊中采用的焊缝背面保护方法

背面加衬垫法，具体操作是在焊缝背面加设衬垫以承托熔池金属，以此实现对其冷却凝固过程的控制，获得良好的背面成形，因此也被称作焊缝强制成形。该方法的主要形式有三种，分别是铜衬垫、焊剂衬垫和焊剂—铜组合衬垫。

采用熔化极药芯焊丝气体保护焊。具有自我保护作用的药芯焊丝将焊剂包裹在内部，在焊接作业中，内部焊剂经高温燃烧产生气体和渣皮，对背面焊缝起自我保护作用，阻止氧气和氮气的侵入。自保护焊丝的应用优势在于不受管材规格、焊接位置等客观因素的影响，但由于其表面涂层的存在，可能会给操作人员带来一定的不适感，如果焊工操作水平较低，很容易留下焊接缺陷。

管道焊口内侧通气保护。我公司不锈钢管焊接作业中采用的保护气体主要是氩气，属于惰性气体。氩气的特点是耐高温且不与焊缝金属发生化学反应，因此应用较为广泛。管道焊口内侧采用堵板封堵焊口两侧，焊口外侧采用锡箔纸胶带粘贴封堵。焊接时，采用预先通气、施焊作业、滞后通气工艺，外侧粘贴得锡箔纸边撕除边焊接，防止氧气侵入，从而保证焊缝内侧不被氧化，保证打底焊缝的质量。

2 不锈钢管道焊接背面氧化的原因及防止工艺的改进

不锈钢管道在焊接过程中，其背部焊道表面和热影响区容易出现氧化变色烧损的现象，损害不锈钢的耐腐蚀性。为了保障不锈钢管道的焊接接头质量，不损伤不锈钢材质原有的耐腐蚀性能，必须要对现有工艺进行改进，防止焊缝背面出现氧化烧损现象。

（1）采用氩弧焊单面焊双面成形工艺时，管道焊口内侧没有充氩气保护。焊把中的氩气只能对施焊侧的熔池起到保护作用，而背面没有任何防护与空气直接接触，高温的焊缝金属与空气中的氧发生化学反应，在背面焊缝形成氧化烧损.

（2）虽然对管道焊缝背面充惰性气体进行了保护，但是由于充气方式不当，致使氩气在官腔内形成涡旋，很难将空气置换彻底，这样一旦开始焊接，未置换掉的残余空气中的氧气与熔融金属发生化学反应，导致焊道背面出现氧化烧损现象。

（3）在进行起弧或断弧操作时，空气会经由开启的焊接坡口进入到里口，导致里口含氧量的增加，从而导致高温焊道被氧化烧损。

（4）在进行填充和盖面层焊接时，因焊接电流等参数控制不当，导致焊接热输入过大，引起焊道背面的氧化或烧损。

（5）保护气的纯度过低，未能起到对焊缝良好保护的效果。

（6）不锈钢的导热性较差，散热效率也偏低，焊接作业中将长时间处于高温状态下，尤其是焊道和热影响区部位，被氧化烧损的几率大幅度提高。

基于以上各种因素，想要有效防止不锈钢管道焊接背面氧化烧损现象的发生，可以从以下几个方面入手对焊接工艺进行改进：

针对里口保护气中混入过多氧气导致焊道和热影响区被氧化烧损的问题，只需要将保护气中的氧气排除即可。对此，我们采用锡箔纸和堵板等材料进行封堵，向管内充入氩气将空气置换出来，采用合适的充气方式防止管内侧出现气体涡旋；同时可以提高保护气纯度，如采用纯度为99.99%的氩气作为保护气。

采用置换方式排出不锈钢管内空气时，基于氩气密度大于空气的特点，应遵循低充高排的原则进行操作，并酌情增加操作时间。

在正式开始焊接前，提前充入保护气，同时通过燃烧的电弧将其中混入的氧气烧除，如此就可以从源头上降低焊道背面被氧化的风险。同时，滞后停气可以保障焊道在断弧后的一段时间内仍旧处于氩气的保护之中，直至顺利冷却。

在封坡口时采用具有良好密封性能的锡箔纸胶带，防止焊接开始时空气经由坡口进入管道。并使用具有提前送气、滞后停气功能的专业焊机和高频引弧焊枪，边撕纸边焊接，撕开锡箔纸的焊口部位一次焊完，避免出现断弧操作。

焊接过程中，尽量采用小参数对称焊接，严格控制层间温度，尽可能的提高焊接速度，最大程度的减少焊接过程中的热量输入，防止背面焊道在高温下出现氧化烧损现象。

在焊接过程中在焊缝两侧可以缠绕循环水冷却铜管进行降温操作，或是在焊道两侧缠绕棉湿布，这样可以加快焊道的冷却速度，防止氧化烧损的发生。

3 结语

综上所述，在不锈钢管的焊接操作中，为了有效地防止在焊道的背面发生氧化和燃烧，有必要对现有的焊接工艺进行有针对性的改进。结合以前的操作实践，导致焊缝后表面氧化的原因主要集中在焊炬的使用，保护气体的填充方法和焊接参数的使用上。本文针对每种连接方式的缺点提出了适当的补救措施，例如更换专业的焊炬，改变充气方式，提高保护气体纯度，使用小参数焊接，控制焊接温度层等有效地解决了钢管后部的氧化问题。希望能为改进钢焊接工艺提供参考。