高合金小徑管焊縫背面充氬保護(hù)工藝

1．傳統(tǒng)保護(hù)方法及不足

T91、TP347H等高合金鋼在火電、化工、核能等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。這些材料在焊接時(shí)，焊縫背面必須進(jìn)行有效地保護(hù)，才能避免根部氧化，以獲得良好的焊縫成型和保證接頭的機(jī)械性能。高合金鋼小徑管焊接時(shí)，工程上常采用的焊縫背面保護(hù)方法有：充氬氣、氮?dú)饣蛘呋旌蠚怏w保護(hù)[1-3]、利用藥芯焊絲或涂防氧化劑保護(hù)。但工程上常用的是保護(hù)效果穩(wěn)定、適應(yīng)性強(qiáng)、成本相對(duì)較低的背面充氬保護(hù)方法。

傳統(tǒng)的背面充氬保護(hù)，是從管子的一端向焊接處充氬。如新建電廠過熱器管焊接時(shí)，氬氣通過輸送導(dǎo)管由集箱的進(jìn)口插入集箱管座進(jìn)行充氣。電廠過熱器管高合金鋼管檢修時(shí)，則需先割開低合金鋼管以進(jìn)行充氬，然后將割開的低合金鋼管焊接起來。采用這種工藝，雖然保護(hù)效果較好，但操作繁瑣、困難，氬氣消耗大，焊接效率低。特別是在新建大容量火電機(jī)組中，合金小管焊口數(shù)量非常多，上述缺點(diǎn)更加突出。因此必須對(duì)傳統(tǒng)的保護(hù)方法加以改進(jìn)。

2．新型保護(hù)裝置及工藝調(diào)整

2.1 直吹式充氬裝置

如果直接從焊接處充氬，操作更加簡(jiǎn)便，也能節(jié)省氬氣用量。因此設(shè)計(jì)了圖1所示充氬裝置：

用易溶紙堵在坡口兩側(cè)200-300mm處形成氣室。用φ10×1mm黃銅管壓扁成圖2所示的形狀。焊接過程中保持一定的氬氣流量。第一層焊道焊至接近充氬針時(shí)，拿掉充氣針，繼續(xù)焊完。

實(shí)際工程中發(fā)現(xiàn)這種裝置存在以下缺點(diǎn)：

A．由于氣室空間較小，當(dāng)氬氣流量小時(shí)，保護(hù)效果不好；加大氬氣流量，則對(duì)焊接電弧產(chǎn)生影響，焊縫中易產(chǎn)生氣孔；

B．保護(hù)效果一般，主要是空氣不能完全排凈；焊接次層時(shí)進(jìn)一步加劇了背面焊縫的氧化。

采用此種保護(hù)方法典型的焊縫背面形貌如圖４所示，背面焊縫成型尚可，但氧化較嚴(yán)重。

2.2 側(cè)吹式充氬裝置

采用圖1 所示的充氬裝置，但將充氣針設(shè)計(jì)成圖3所示，即將原充氣針端部焊接密封，而在兩個(gè)側(cè)面分別鉆3個(gè)φ2mm的小孔，讓氬氣從兩個(gè)側(cè)面向氣室送氣。同時(shí)對(duì)焊接工藝進(jìn)行調(diào)整：打底焊接時(shí)保留充氣針部位不焊，隨即進(jìn)行蓋面層焊接，最后取出充氣針，焊接層次封口。

此改進(jìn)已先后在某些電廠工程上得到采用。工程實(shí)際應(yīng)用表明，此種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)操作簡(jiǎn)便。以前需2-3人完成的工作，現(xiàn)只需1人即可。充氬效率提高，焊工待焊時(shí)間大大縮短；

(2)氬氣消耗大為降低。根據(jù)管子直徑和焊口距充氣點(diǎn)距離，傳統(tǒng)充氬方法，氬氣流量為10-20L/min,改進(jìn)后氬氣流量為6-10L/min，且充氣時(shí)間大大縮短。據(jù)工程統(tǒng)計(jì)，此改進(jìn)比傳統(tǒng)方法節(jié)省氬氣80%以上；

(3)保護(hù)效果良好。其典型的根部形貌如圖5所示，背面焊縫成型良好，表面呈銀灰色，未見氧化。

2.3 獲得良好保護(hù)效果的技術(shù)關(guān)鍵

(1)氣室密封性：氣室應(yīng)具有一定的嚴(yán)密性。對(duì)管徑45mm以上的焊口，可在表面貼錫箔紙，覆蓋部分坡口間隙；

(2)充氬位置：吊焊及斜焊位置時(shí)，充氣針置于頂部；橫焊位置時(shí)，充氣針置于便于收口的位置；

(3)充氬時(shí)間：充氬一定時(shí)間后才能焊接；焊接次層時(shí)要繼續(xù)充氬；

(4)點(diǎn)焊質(zhì)量：若點(diǎn)焊焊縫背面保護(hù)不好，則需調(diào)整氬氣流量或充氣針位置，并需將點(diǎn)焊處磨掉重焊。