高合金小徑管焊縫背面充氬保護工藝

1．傳統保護方法及不足

T91、TP347H等高合金鋼在火電、化工、核能等領域有著廣泛的應用。這些材料在焊接時，焊縫背面必須進行有效地保護，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械性能。高合金鋼小徑管焊接時，工程上常采用的焊縫背面保護方法有：充氬氣、氮氣或者混合氣體保護[1-3]、利用藥芯焊絲或涂防氧化劑保護。但工程上常用的是保護效果穩定、適應性強、成本相對較低的背面充氬保護方法。

傳統的背面充氬保護，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，氬氣通過輸送導管由集箱的進口插入集箱管座進行充氣。電廠過熱器管高合金鋼管檢修時，則需先割開低合金鋼管以進行充氬，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組中，合金小管焊口數量非常多，上述缺點更加突出。因此必須對傳統的保護方法加以改進。

2．新型保護裝置及工藝調整

2.1 直吹式充氬裝置

如果直接從焊接處充氬，操作更加簡便，也能節省氬氣用量。因此設計了圖1所示充氬裝置：

用易溶紙堵在坡口兩側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，拿掉充氣針，繼續焊完。

實際工程中發現這種裝置存在以下缺點：

A．由于氣室空間較小，當氬氣流量小時，保護效果不好；加大氬氣流量，則對焊接電弧產生影響，焊縫中易產生氣孔；

B．保護效果一般，主要是空氣不能完全排凈；焊接次層時進一步加劇了背面焊縫的氧化。

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

2.2 側吹式充氬裝置

采用圖1 所示的充氬裝置，但將充氣針設計成圖3所示，即將原充氣針端部焊接密封，而在兩個側面分別鉆3個φ2mm的小孔，讓氬氣從兩個側面向氣室送氣。同時對焊接工藝進行調整：打底焊接時保留充氣針部位不焊，隨即進行蓋面層焊接，最后取出充氣針，焊接層次封口。

此改進已先后在某些電廠工程上得到采用。工程實際應用表明，此種方法具有以下優點：

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

(2)氬氣消耗大為降低。根據管子直徑和焊口距充氣點距離，傳統充氬方法，氬氣流量為10-20L/min,改進后氬氣流量為6-10L/min，且充氣時間大大縮短。據工程統計，此改進比傳統方法節省氬氣80%以上；

(3)保護效果良好。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 獲得良好保護效果的技術關鍵

(1)氣室密封性：氣室應具有一定的嚴密性。對管徑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，充氣針置于頂部；橫焊位置時，充氣針置于便于收口的位置；

(3)充氬時間：充氬一定時間后才能焊接；焊接次層時要繼續充氬；

(4)點焊質量：若點焊焊縫背面保護不好，則需調整氬氣流量或充氣針位置，并需將點焊處磨掉重焊。