不銹鋼管道焊接防止背面氧化工藝探討

周文

招商局郵輪制造有限公司 江蘇南通 226100

將不銹鋼管連接到石化結(jié)構(gòu)時(shí)，焊縫表面和熱影響區(qū)容易氧化和變色。為了確保鋼的耐腐蝕性，焊接后對(duì)焊縫進(jìn)行酸洗和鈍化，在表面上形成致密層，但是不銹鋼管的內(nèi)壁經(jīng)常不能被酸洗和鈍化，從而嚴(yán)重減少了焊縫的酸洗和鈍化，使得不銹鋼管內(nèi)的腐蝕性能降低。但是，整個(gè)焊接過程和施工措施很難保證后焊道和熱影響區(qū)的焊接質(zhì)量。因此，應(yīng)改進(jìn)焊接工藝，并應(yīng)采取措施防止背面氧化和變色。

1 現(xiàn)今不銹鋼管道焊中采用的焊縫背面保護(hù)方法

背面加襯墊法，具體操作是在焊縫背面加設(shè)襯墊以承托熔池金屬，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)其冷卻凝固過程的控制，獲得良好的背面成形，因此也被稱作焊縫強(qiáng)制成形。該方法的主要形式有三種，分別是銅襯墊、焊劑襯墊和焊劑—銅組合襯墊。

采用熔化極藥芯焊絲氣體保護(hù)焊。具有自我保護(hù)作用的藥芯焊絲將焊劑包裹在內(nèi)部，在焊接作業(yè)中，內(nèi)部焊劑經(jīng)高溫燃燒產(chǎn)生氣體和渣皮，對(duì)背面焊縫起自我保護(hù)作用，阻止氧氣和氮?dú)獾那秩?。自保護(hù)焊絲的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于不受管材規(guī)格、焊接位置等客觀因素的影響，但由于其表面涂層的存在，可能會(huì)給操作人員帶來一定的不適感，如果焊工操作水平較低，很容易留下焊接缺陷。

管道焊口內(nèi)側(cè)通氣保護(hù)。我公司不銹鋼管焊接作業(yè)中采用的保護(hù)氣體主要是氬氣，屬于惰性氣體。氬氣的特點(diǎn)是耐高溫且不與焊縫金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此應(yīng)用較為廣泛。管道焊口內(nèi)側(cè)采用堵板封堵焊口兩側(cè)，焊口外側(cè)采用錫箔紙膠帶粘貼封堵。焊接時(shí)，采用預(yù)先通氣、施焊作業(yè)、滯后通氣工藝，外側(cè)粘貼得錫箔紙邊撕除邊焊接，防止氧氣侵入，從而保證焊縫內(nèi)側(cè)不被氧化，保證打底焊縫的質(zhì)量。

2 不銹鋼管道焊接背面氧化的原因及防止工藝的改進(jìn)

不銹鋼管道在焊接過程中，其背部焊道表面和熱影響區(qū)容易出現(xiàn)氧化變色燒損的現(xiàn)象，損害不銹鋼的耐腐蝕性。為了保障不銹鋼管道的焊接接頭質(zhì)量，不損傷不銹鋼材質(zhì)原有的耐腐蝕性能，必須要對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行改進(jìn)，防止焊縫背面出現(xiàn)氧化燒損現(xiàn)象。

（1）采用氬弧焊單面焊雙面成形工藝時(shí)，管道焊口內(nèi)側(cè)沒有充氬氣保護(hù)。焊把中的氬氣只能對(duì)施焊?jìng)?cè)的熔池起到保護(hù)作用，而背面沒有任何防護(hù)與空氣直接接觸，高溫的焊縫金屬與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在背面焊縫形成氧化燒損.

（2）雖然對(duì)管道焊縫背面充惰性氣體進(jìn)行了保護(hù)，但是由于充氣方式不當(dāng)，致使氬氣在官腔內(nèi)形成渦旋，很難將空氣置換徹底，這樣一旦開始焊接，未置換掉的殘余空氣中的氧氣與熔融金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致焊道背面出現(xiàn)氧化燒損現(xiàn)象。

（3）在進(jìn)行起弧或斷弧操作時(shí)，空氣會(huì)經(jīng)由開啟的焊接坡口進(jìn)入到里口，導(dǎo)致里口含氧量的增加，從而導(dǎo)致高溫焊道被氧化燒損。

（4）在進(jìn)行填充和蓋面層焊接時(shí)，因焊接電流等參數(shù)控制不當(dāng)，導(dǎo)致焊接熱輸入過大，引起焊道背面的氧化或燒損。

（5）保護(hù)氣的純度過低，未能起到對(duì)焊縫良好保護(hù)的效果。

（6）不銹鋼的導(dǎo)熱性較差，散熱效率也偏低，焊接作業(yè)中將長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，尤其是焊道和熱影響區(qū)部位，被氧化燒損的幾率大幅度提高。

基于以上各種因素，想要有效防止不銹鋼管道焊接背面氧化燒損現(xiàn)象的發(fā)生，可以從以下幾個(gè)方面入手對(duì)焊接工藝進(jìn)行改進(jìn)：

針對(duì)里口保護(hù)氣中混入過多氧氣導(dǎo)致焊道和熱影響區(qū)被氧化燒損的問題，只需要將保護(hù)氣中的氧氣排除即可。對(duì)此，我們采用錫箔紙和堵板等材料進(jìn)行封堵，向管內(nèi)充入氬氣將空氣置換出來，采用合適的充氣方式防止管內(nèi)側(cè)出現(xiàn)氣體渦旋；同時(shí)可以提高保護(hù)氣純度，如采用純度為99.99%的氬氣作為保護(hù)氣。

采用置換方式排出不銹鋼管內(nèi)空氣時(shí)，基于氬氣密度大于空氣的特點(diǎn)，應(yīng)遵循低充高排的原則進(jìn)行操作，并酌情增加操作時(shí)間。

在正式開始焊接前，提前充入保護(hù)氣，同時(shí)通過燃燒的電弧將其中混入的氧氣燒除，如此就可以從源頭上降低焊道背面被氧化的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，滯后停氣可以保障焊道在斷弧后的一段時(shí)間內(nèi)仍舊處于氬氣的保護(hù)之中，直至順利冷卻。

在封坡口時(shí)采用具有良好密封性能的錫箔紙膠帶，防止焊接開始時(shí)空氣經(jīng)由坡口進(jìn)入管道。并使用具有提前送氣、滯后停氣功能的專業(yè)焊機(jī)和高頻引弧焊槍，邊撕紙邊焊接，撕開錫箔紙的焊口部位一次焊完，避免出現(xiàn)斷弧操作。

焊接過程中，盡量采用小參數(shù)對(duì)稱焊接，嚴(yán)格控制層間溫度，盡可能的提高焊接速度，最大程度的減少焊接過程中的熱量輸入，防止背面焊道在高溫下出現(xiàn)氧化燒損現(xiàn)象。

在焊接過程中在焊縫兩側(cè)可以纏繞循環(huán)水冷卻銅管進(jìn)行降溫操作，或是在焊道兩側(cè)纏繞棉濕布，這樣可以加快焊道的冷卻速度，防止氧化燒損的發(fā)生。

3 結(jié)語

綜上所述，在不銹鋼管的焊接操作中，為了有效地防止在焊道的背面發(fā)生氧化和燃燒，有必要對(duì)現(xiàn)有的焊接工藝進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)。結(jié)合以前的操作實(shí)踐，導(dǎo)致焊縫后表面氧化的原因主要集中在焊炬的使用，保護(hù)氣體的填充方法和焊接參數(shù)的使用上。本文針對(duì)每種連接方式的缺點(diǎn)提出了適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施，例如更換專業(yè)的焊炬，改變充氣方式，提高保護(hù)氣體純度，使用小參數(shù)焊接，控制焊接溫度層等有效地解決了鋼管后部的氧化問題。希望能為改進(jìn)鋼焊接工藝提供參考。