手工TIG焊接方法在钢铁系统自动化仪表安装工程中的应用

【摘 要】本文论述了手工TIG焊在钢铁企业自动化仪表工程施工中的应用.阐述了焊接过程工艺参数的选择及注意事项对保证焊接质量所起的作用.

【关 键 词】手工TIG焊；工艺参数；焊接质量；1Cr18Ni9Ti

冶金自动化仪表安装工程中,各种参数测量所使用的管路材质,以1Cr18Ni9Ti和20g无缝管为主.管材直径一般在16x2mm到57x3.5mm之间,是各仪表参数保证准确测量的重要引压管道.受条件限制,以前钢铁企业主要使用交流弧焊变压器加涂料焊条及普通氧——乙炔火焰焊接.由于管材直径较小,操作难度大,施工效率低.焊接过程中常出现夹渣、气孔、烧穿、未焊透、通径变小等质量缺陷,冬季施工甚至出现焊缝开裂,返修情况常有发生,且返修效果很不理想,特别在1Cr18Ni9Ti管路焊接过程中尤为明显.后企业在设备更新的情况下,采用手工TIG焊,提高了焊接质量,施工效率也有了大幅提高.在后期的几个项目施工中,发挥了明显的效果.

1.1Cr18Ni9Ti属18-8型奥氏体不锈钢

（1）它是在18%铬铁素体型不锈钢中加入Ni、Mn、N等奥氏体形成元素而获得的钢种系列.这类钢是应用最多的奥氏体不锈钢（约占70%）.添加稳定性元素的lCr18Ni9Ti钢可用于700～800℃以下受腐蚀介质作用的结构.这类钢由于含镍量较低,常温时所形成的奥氏体不稳定,因而冷作硬化倾向较大.

（2）奥氏体不锈钢焊缝如果受到污染,其耐蚀性能和强度变差.外来污染有碳、氮、氧、水等.碳污染能引起裂纹和改变力学性能并降低抗蚀性能.碳来自车间尘土、油脂、油漆、作标记用的材料和工具中.因此,焊前必须对焊接区表面（坡口及其附近）作彻底的清理,清除全部碳氢化合物及其他污染物.不锈钢金属表面氧化膜可用浸蚀（酸性）方法清除,也可用机械方法,如新不锈钢钢丝刷或砂轮、喷丸等工具和手段.

2.TIG焊就是以氩气作为保护气体,钨极作为不熔化极,借助钨电极与焊件之间产生的电弧,加热熔化母材（同时添加焊丝也被熔化）实现焊接的方法.氩气用于保护焊缝金属和钨电极熔池,在电弧加热区域不被空气氧化.

3.氩弧焊的优点

3.1能焊接除熔点非常低的铝锡外的绝大多数的金属和合金.

3.2交流TIG焊能焊接化学性质比较活泼和易形成氧化膜的铝及铝镁合金.

3.3焊接时无焊渣、无飞溅.

3.4能进行全方位焊接.用脉冲氩弧焊可减小热输入,适宜焊0.1mm不锈钢.

3.5电弧温度高、热输入小、速度快、热影响面小、焊接变形小.

3.6填充金属和添加量不受焊接电流的影响.

4.氩弧焊适用焊接范围

适用于碳钢、合金钢、不锈钢、难熔金属铝及铝镁合金、铜及铜合金、钛及钛合金,以及超薄板0.1mm,同时能进行全方位焊接,特别对复杂焊件难以接近部位等等.

5.钨极氩弧焊焊机的组成

焊（水冷、气冷）、连接件、电极夹头、喷嘴、气管（水管）、电缆线、导线.小的焊接电流时,采用气冷方式即可.

6.焊接工艺

6.1焊接方法：采用手工TIG焊接方法.

6.2焊前准备.

6.2.1检查焊机的接线是否符合要求.

6.2.2电、气是否接通,并按要求全部连接好,不能松动.

6.2.3对母材进行焊前检查并清洗表面.

6.2.4用刷子或砂纸彻底清除焊丝表面水、油、氧化物等.

6.2.5清洗表面的水、油、高熔点氧化膜、氧化物污染.可用丙酮清洗,或用烧碱硫酸等方法清洗.

6.3坡口加工.

焊接前用管子割刀按实际需求尺寸切断管材,其切口角度在30度左右,符合接头坡口角度要求.只需用专用砂轮片或锉刀对切口面的毛刺进行清理,同时,打磨管口20mm范围内的锈迹,直至露出金属光泽.

焊接接头坡口形式采用Y型坡口,坡口角度为55～60度,钝边为0.5～1.5mm,层道设计为两层.

6.4焊接设备、保护气体的选用及要求.

6.4.1焊接设备.

选用WSN-250直流氩弧焊机,该焊机具有高频引弧功能,但提前供气和滞后停气功能要人为可调；具备电流缓降调节功能,并且调节灵活.设备防护等级达到IP23,完全可适应现场施工要求.

6.4.2氩气纯度要求.

焊接用氩气纯度达到99.6%以上,并且合符相关标准要求.

6.4.3电极伸出长度以4mm左右为宜.

6.4.4钨极牌号、直径及端部形状要求.

钨极选用WCe-20直径1.6mm的铈钨电极.WCe-20具有电子发射能力强,电弧热量集中,基本无放射.钨极端部形状尺寸会影响电弧的稳定性.对焊缝外形尺寸及熔深都有一定的影响.减小端部角度导致电弧电压升高,熔宽增加熔深减小.选用直径8mm喷嘴,满足现场保护使用要求.在此选择较尖的端部形状.

6.4.5焊接工艺参数（见表1）.

6.4.6定位焊接及质量要求.

由于定位焊是正式焊缝的一部分,因此必须保证定位焊缝的质量,当发现定位焊缝上有裂纹、气孔或保护不良等焊接缺陷时,应将该段定位焊缝打磨掉,不允许用重熔的办法修补.对于16×2.0mm小管而言,定位焊缝一处,以长度5mm厚度2mm左右为宜.

6.4.7焊口组对错变量不宜超过0.2mm,否则,否则,易出根部未焊透或烧穿现象.

6.4.8打底层焊接.

（1）打底焊接时通常采用高频或高压引弧,引弧前应将焊接接头处的空气彻底排除,由于管径较小,提前送气时间应尽可能长或者用滞后送气来排除焊接区的空气.焊接时可采用滴渡的送丝方式,即加一滴铁水焊就向前推进一步的方式,用此方法将整个打底焊焊完.值得注意的是在打底焊焊接过程,必需注意加强对背面焊缝的保护,以防止背面焊道氧化,并且不可以采用母材自熔的方式进行打底焊接,因为这样往往易导致根部焊缝强度不够而开裂.定位焊位置在2点钟方向.采用左向焊法,焊与焊丝夹角750～900左右,且垂直于焊缝.

（2）盖面层焊接送丝方式与打底焊基本相同,由于管径较小,在盖面焊接时要严格控制焊接线能量,以避免焊漏从而导致管内堵塞,最终导致返工.

6.5焊接质量控制.

（1）打底焊质量的控制：为获得高质量的打底焊缝,除加强对背面焊道的保护外,打底焊时尽可能一口气焊完半圈,中途尽量不要有接头,如果不可避免的要停下接头时,要注意接头处不得添加焊丝,要有一定角度的缓坡.引弧位置要在弧坑后5mm左右距离,重叠处根据弧坑情况,不加或少加焊丝,熔池要贯穿到接头根部,以确保该处焊透.要严格控制焊丝的添加量,以防止背面焊缝过高.

（2）盖面焊质量控制：在确保打底焊质量的前提下进行盖面层焊接.在盖面层焊接时,要保证焊缝宽度,焊可做适当的横向摆动,但要注意摆动的幅度和频率不能太快,以不破坏熔池的保护效果为原则,同时在盖面焊接时要注意送丝节奏,保持熔池尺寸.以保证焊缝宽度一致.如遇熔滴熔化不好,可适当回拉焊,使母材与熔滴熔合良好.此时注意,绝不能添加焊丝.

6.6引弧、收弧方法：

6.6.1采用高频引弧方式.焊缝的引弧要在焊缝区内,以保证焊缝前点和终端的质量.

6.6.2焊接结束时,焊缝终端要多添加些焊丝金属来填满弧坑.熄灭电弧后,在熄弧处多停留一段时间,使焊缝终端得到充分氩气保护,防止氧化.

6.6.3利用焊机的电流衰减装置,在焊缝终端结束前关闭控制按钮,此时电弧继续燃烧,焊接继续,直至电弧熄灭,保证了焊缝端部不至于烧穿,保证了焊缝质量.

6.6.4工作场所的清理,不能有易燃、易爆物,采取避风措施等.

6.7操作注意事项.

6.7.1打底焊时一定要注意管内保护气体的流量,在每道管口即将焊完时,应适当减小保护气体流量,以避免管内保护气流冲击熔池而导致打底焊内凹.

6.7.2在盖面焊完成后才可以停止对背面的保护,以防止背面焊缝氧化.

6.7.3保持正确的持姿势,随着焊接位置的不断变化,要随时调整焊与焊丝的角度和喷嘴高度.

6.7.4送丝要匀,不能在氩气保护区搅动以避免空气的卷入,同时焊丝端部不能离开氩气保护区,以防止焊丝端部氧化.

6.7.5焊接过程中如遇到焊丝与钨极或钨极与工件接触,为避免焊缝产生夹钨缺陷,此时应立即停止焊接,将钨极氧化部分以及焊缝触钨部分磨去以后再进行焊接.

6.7.6在层间及焊后清理时,为避免污染焊道,应尽可能用铜丝刷或不锈钢丝刷进行焊道清理.

6.7.7在1Cr18Ni9Ti和20g异种钢焊接时,焊摆动幅度要小,适当控制管材的熔化量,以达到一个较理想的融合比.同时,可防止咬边产生.

只要做到焊口清理洁净、坡口尺寸加工适当、管内通保护气体、严格检查打底焊缝、保持良好的操作手法,严格按照焊接工艺技术要求操作,做好焊前检查、焊接过程中检查和焊后检查三个环节.并严格按照有关规定和标准执行,基本能确保施工质量.

7.结束语

在我厂炼钢、轧钢、制氧、高炉自动化仪表安装工程施工中,均采用以上焊接工艺.仪表管道焊口一次合格率达到99%.在后期的焊接检验中检查发现,焊口完好,无一发生泄露.降低了自动化仪表系统维护费用,提高了其安全运行的可靠性,取得较好的经济效益.