手工钨极氩弧焊打底焊接技术在高压注水管道施工中的应用

摘要：高压注水焊接质量的优劣是影响注水正常安全运行的关键之一，本文介绍了高压注水管道手工钨极氩弧焊打底焊接技术，阐述了采用手工钨极氩弧焊打底技术的优点，钨极氩弧焊的配套机具及焊接工艺在工程中的应用中应注意的问题，钨极氩弧焊打底焊接技术在高压注水管道施工和维修修中值得应用并广泛推广。

关键词:高压注水管道钨极氩弧焊打底焊接生产应用

中图分类号： U23 文献标识码： A

高压注水管道和注水泵房工艺配管施工中，由于高压管道由于压力较大，因此管道的壁厚较大，在设计中要求采用的法兰均为对焊法兰，如何确保管线与法兰的对接焊缝和高压注水管道的焊接质量，是一个关键问题，管道焊口的打底焊缝就成为工程的重中之重。而在目前的生产条件下，一般采用焊条电弧焊、根部衬垫圈焊条电弧焊及钨极氩弧焊进行焊接，这三种方法各有优缺点，其中氩弧焊优越性最大，焊接质量最好，但成本较高。

1、高压注水管道的焊接

通常注水管道对接普遍采用焊条电弧焊，由于手工电弧焊不仅对环境要求低，效率高，而且焊接质量好，它有着其他焊接方法无法相比的优点，在中高压注水管道的施工中得到了广泛的推广，但该种方法人为因素影响大，同时因小直径注水管道壁厚较大，焊接时存在不易穿透的缺点，易产生夹渣和未焊透等缺陷，射线探伤检测后，焊口合格率较低。

采用钨极氩弧焊焊接注水管线，与焊条电弧焊相比，具有许多突出的优点。

钨极氩弧焊电弧受气流的压缩和冷却作用，电弧集中，可保证焊缝底部焊透，接头热影响区小，变形也小。

氩是最稳定的惰性气体之一，比空气重，焊接时能在电弧周围形成稳定的气流保护层，防止空气进入焊接区域，保护效果良好。

氩不溶于金属，不与金属发生反应，故一般不会出现合金元素的烧损。钨极氩弧焊焊缝特别纯净，所焊管子接头管内无焊渣。焊接质量比焊条电弧焊要好。

氩是单元子气体，热容量小，导热效率低，热量消耗少，对电弧稳定燃烧十分有利，即使在小电流和长弧的条件下，电弧十分稳定，操作方便，焊缝质量容易控制，适用于小直径管道难焊位置的全位置焊接。

由于手工钨极氩弧焊焊接质量好，操作容易，自二十世纪60年代已成为世界各国在制造、安装及检修压力容器及承压管道的常用方法。在注水管道施工过程中，受焊接位置及空间限制，普遍采用的焊接工艺方法是手工钨极氩弧焊打底、焊条电弧焊盖面或打底和盖面均采用手工钨极氩弧焊。

2、高压注水管道的手工钨极氩弧焊打底技术

（1）焊接设备及器具

手工钨极氩弧焊设备系统包括：焊接电源、焊抢、供气系统、水冷系统及焊接控制系统等部分。

（2）电源

手工钨极氩弧焊电源有交流、直流和脉冲电流，交流电源用于焊接铝镁及其合金。焊接碳钢、合金钢、钛及其合金、铜及其合金均采用直流电源。脉冲电流尤适用于薄板（可达0.1mm）。

（3）焊枪

手工钨极氩弧焊焊枪由喷嘴、钨极夹、导线、气管、水管、控制钮等组成，它起着夹持电极、传导电流、输送氩气及控制整机工作系统的作用，焊枪有自冷式和水冷式两种。

（4）供气系统

通过电磁气阀按给定时间控制气体通断，它与控制系统中的时间继电器相配合达到始焊时提前送气，停焊时滞后断气，以保护钨极及引弧、熄弧处的的焊缝。

（5）冷却水系统

冷却水系统的作用是通过焊枪供给一定压力的冷却水。该系统中，通常装有与电源连锁的水压开关，当水量不足时，焊机不能启动。若采用自冷式焊枪，则该系统可以省去。

（6）控制系统

手工钨极氩弧焊控制系统的动作是由焊枪上的低压按钮指令的，它可以在焊接过程中实现下述程序控制：

①、始焊时提前送气，停焊时滞后断气；

②、自动控制引弧器和稳弧器的动作和切除

③、自动接通和切断电源；

④、停焊时焊接电源自动衰减。若不考虑自动控制，该系统可以省去。

3、焊接材料

钨极氩弧焊所用材料包括钨极、氩气及填充材料。

（1）钨极

常用钨极有铈钨极和钍钨极。由于铈钨极引弧性好，损耗小，放射性剂量低，是目前普遍使用的电极。

（2）Ar

Ar中或多或少地含有氧气、氮气、二氧化碳等杂质，对Ar保护的效果有一定的影响。所焊金属材料化学性质越活泼，影响越大。焊接不同的金属，对Ar纯度的要求是不同的。

（3）填充材料

氩弧焊焊丝小直径管道焊口打底焊推荐采用直径3.2mm焊丝。

4、焊接工艺

要获得优良的打底焊缝，除应保持焊接设备处于正常状态及选用合适的焊接材料外，还需要采取合理的工艺，并由技术水平较高的合格焊工操作。

（1）挡风与清洁要求

氩弧焊接场所必须要有可靠的挡风措施，并防止管内穿堂风，以免影响保护效果。填充材料及管口内外侧10mm范围内的油、污、铁锈等杂物应清除干净，对有氧化膜的可用机械或化学清洗方法去除，直至露出金属光泽。

（2）坡口形式和尺寸

坡口形式尺寸及管端装配间隙对焊缝的质量及根部裂纹倾向影响很大。常用的坡口形式有v形，钝边0-1 mm，装配间隙量2.5～3.2mm。

（3）钨极端部形状

钨极端部形状对电弧稳定和焊缝成型都有很大影响，较为理想的形状是钨极末端磨成钝角或带有平角的锥形。这样可以使电弧燃烧稳定，弧柱扩散减少，对焊件的加热集中。钨极端部不应磨得太尖，以免碰断造成焊缝夹钨缺陷。

（4）焊口装配点焊

管子焊口组对后需点焊固定。对水平焊口，直径小于等于60mm的管子可只在平焊位置点焊一处，长度约10-20mm，直径大于159mm的管子一般在平焊和立焊位置点焊3处，焊点长约30-50mm。垂直焊口的定位焊点数与水平焊相同。点焊位置根据具体情况确定。点焊时所用焊材和所执行的工艺都与正式焊接相同。

（5）焊前预热

氩弧焊焊缝比较纯净，并且低氢，一般可以不预热，但是在冬季施工或厚壁管件焊接时若不预热，可能在打底焊缝上产生裂纹。可以根据直径和壁厚不同具体确定。

（6）始焊和停焊

始焊时需提前送氩，停焊时需滞后断氩，以保护焊缝免受空气侵害。引弧要在坡口内进行。采取接触法引弧时，操作要稳、轻、快，防止钨极端部烧损碰断而产生夹钨现象。停焊收弧时要多加些焊丝，填满弧坑。停焊时应将电弧引至坡口边缘再熄弧。焊接时避免停弧，尽量减少接头数量。

（7）填丝操作方法

内填丝操作法：就是焊丝从对口间隙深入管内，电弧在管外坡口上燃烧，焊丝在管内熔化，整个焊接过程分段进行。该操作方法有两个优点：打底缝背面均匀地略为突起，仰焊部分不会内凹，尤适用于管道焊接困难位置（如仰焊部分）和较狭小空间焊接位置，但操作时，要求对口间隙大，采用直径2.5焊丝时，间隙3mm以上，填丝量较大，焊接速度慢，影响生产效率。

外填丝焊接时，对口间隙较小，操作要求稳且快，间隙等于或稍小于焊丝直径，操作时焊枪基本上不做横向摆动。

（8）焊接操作

采用接触引弧法，应在石磨或紫铜板上引燃后再过渡到焊缝上，以防止焊缝夹钨，一般都应使用高频引弧或高压脉冲引弧，钨极氩弧焊常采用短弧左向焊接，保持焊枪、焊丝和工件之间的相对位置十分重要，焊枪喷嘴端部与工件的距离在8～14mm之间，焊枪与工件间的倾角在50～85度之间，薄板倾角应小一些，填充丝应与工件成10～15度倾角送到熔池前沿，通过仔细观察熔池金属的下沉和旋转情况来判断是否焊透及焊漏，即当填充丝上的一颗熔滴落入熔池后，融池表面位置由升高变为下沉表明焊透了，如果下沉过多且熔池液体金属停止旋转表明焊缝背面焊漏过多，如熔池不下沉，则表明没有焊透。

（9）在氩弧焊施工中的焊接缺陷及防止对策

用氩弧焊点固组对焊缝时，易产生气孔和缩孔缺陷，防治措施是：

随时检查氩弧焊枪气路胶管中是否有水分，并排除之。氩气瓶与焊机不宜与施焊操作点距离过远。实践证明，打底焊缝中的长条气孔是胶管中是否存有水分引起的。

点固焊缝由上往下施焊，熔化金属成倒流，使熔池饱满，并降低熔池的冷却速度。

(10) 氩弧焊打底焊缝焊接缺陷防止措施：

氩弧焊打底时避免强力组对。

封底焊后要及时进行盖面焊。

施工中应采取防风、防雨、防寒等措施。

(11) 其它注意事项：

焊接过程中一切受力的对口器具不许拆除，以免外力使打底焊缝开裂

打底焊缝即将结束时，应仔细观察焊缝背面成形情况，发现问题及时处理。整圈打底焊结束后，应进行外观检查，必要时进行磁粉探伤或着色检查。检查合格后及时进行焊条电弧焊盖面，防止产生裂纹。

氩弧焊打底焊缝比较薄，因此，后续的第一层焊条电弧焊采用小直径电焊条。

5、生产应用：

我公司目前施工的高压注水管道，均采用氩弧焊打底焊接工艺，无损检测一次合格率达95%以上，不仅在焊接质量上取得了满意的效果，而且保证了工程按期交工。

6、结束语

应用钨极氩弧焊打底的焊接工艺，可以解决焊缝底部末焊透问题，提高焊口无损检测一次合格率，有效地保证了焊接质量，在实际生产应用中取得了理想的效果。

参考文献： 焊接手册 中国机械工程学会焊接学会编