陳偉翔

摘 要：該文通過某電廠脫硝環(huán)保改造項(xiàng)目不銹鋼尿素溶液儲(chǔ)罐工程，在儲(chǔ)罐焊接過程中對(duì)活性氣體保護(hù)焊（MAG）應(yīng)用的嘗試，總結(jié)出活性氣體保護(hù)焊（MAG）焊接大型不銹鋼儲(chǔ)罐的焊接工藝。通過合理工藝設(shè)計(jì)，采用活性氣體保護(hù)焊（MAG）可以滿足溶液儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)要求，并能有效控制焊接變形，降低制造成本，縮短工期，提高效率。

關(guān)鍵詞：活性氣體保護(hù)焊（MAG） 焊接工藝 控制焊接變形 提高效率。

中圖分類號(hào)：TG409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（a）-00-02

活性氣體保護(hù)焊（MAG）是一種高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的焊接方法，在工程建設(shè)中的鋼結(jié)構(gòu)、料倉(cāng)、儲(chǔ)罐、塔器、球罐與管道等工程中廣泛應(yīng)用，在提高工程建設(shè)的效率，保證焊縫質(zhì)量等方面表現(xiàn)突出。某電廠脫硝環(huán)保改造項(xiàng)目不銹鋼尿素溶液儲(chǔ)罐工程，其中有尿素溶液儲(chǔ)罐四個(gè)，罐體材質(zhì)為304不銹鋼。規(guī)定工期15 d，工期較短，若用手工電弧焊、氬弧焊等常見不銹鋼焊接方式，在規(guī)定工期內(nèi)無法完成，為保證工程質(zhì)量，加快工程進(jìn)度，決定嘗試使用活性氣體保護(hù)焊（MAG）。

1 活性氣體保護(hù)焊（MAG）

1.1 熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）及其分類

熔化極氣體保護(hù)焊（GMAW）是采用連續(xù)等速送進(jìn)可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲和母材，形成熔池和焊縫的焊接方法。為了得到良好的焊縫應(yīng)利用外加氣體作為電弧介質(zhì)保護(hù)熔滴、熔池金屬及焊接高溫金屬免受周圍空氣的有害作用。由于不同的保護(hù)氣體及焊絲對(duì)電弧狀態(tài)、電氣特性、熱效應(yīng)、冶金反應(yīng)及焊縫成形等有著不同的影響，因此根據(jù)保護(hù)氣體的種類分成不同的焊接方法。如圖1所示。

圖1 熔化極氣體保護(hù)焊分類

以氬、氦或其混合氣體等惰性氣體為保護(hù)氣體的焊接方法稱為熔化極惰性氣體保護(hù)焊（MIG）；在氬氣中加入少量氧化性氣體（O2、CO2或其混合氣體）混合而成的氣體作為保護(hù)氣體的焊接方法稱為熔化極活性氣體保護(hù)焊（MAG）；采用純CO2氣體作為保護(hù)氣體的焊接方法稱為CO2氣體保護(hù)焊。

1.2 活性氣體保護(hù)焊（MAG）的特點(diǎn)

活性氣體保護(hù)焊（MAG）（熔化極氣體保護(hù)焊）在工藝、生產(chǎn)率與經(jīng)濟(jì)效果等方面具有以下特點(diǎn)：（1）是一種明弧焊，便于發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整，焊接過程與焊縫質(zhì)量易于控制；（2）沒有熔渣，焊后不需要清渣，提高了生產(chǎn)效率；（3）采用自動(dòng)焊絲輸送機(jī)構(gòu)，焊接速度快，提高了生產(chǎn)效率，且焊絲利用率高，提高了焊材使用率，節(jié)省了成本；（4）適用范圍廣，易進(jìn)行全位置焊及實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；（5）焊接飛濺大，焊縫成形及焊后處理操作較麻煩；（6）抗風(fēng)能力差，不適合在現(xiàn)場(chǎng)及露天施焊；（7）電弧輻射、焊接煙霧大，影響焊工身體健康。

2 大型不銹鋼溶液儲(chǔ)罐的焊接

2.1 大型不銹鋼溶液儲(chǔ)罐的焊接難點(diǎn)

大型不銹鋼尿素溶液儲(chǔ)罐的焊接，存在以下工程難點(diǎn)：1）不銹鋼的焊接難度大；2）不銹鋼板厚度大，都在6 mm以上；3）焊縫要求高，需要焊透不漏液；4）焊接變形控制；5）焊接工程量大，有環(huán)焊縫、立焊縫、平焊縫、橫焊縫等多位置，且焊縫長(zhǎng)。

2.2 焊接方法選擇

某電廠脫硝環(huán)保改造項(xiàng)目不銹鋼尿素溶液儲(chǔ)罐工程，其中有尿素溶液儲(chǔ)罐四個(gè)，罐體材質(zhì)為304不銹鋼板。工期要求僅有15 d時(shí)間，若采用常規(guī)手工電弧焊，焊接質(zhì)量難以保證，且焊接速度慢，難以達(dá)到項(xiàng)目工期要求。為了順利完成溶液儲(chǔ)罐工程，爭(zhēng)取工期，保證質(zhì)量，決定選擇熔化極氣體保護(hù)焊（活性氣體保護(hù)焊（MAG））。

2.3 焊接工藝

（1）焊接設(shè)備選擇。焊接設(shè)備采用焊王NBC-350A氣體保護(hù)焊機(jī)及送絲機(jī)構(gòu)。（2）焊絲選擇。根據(jù)母材304不銹鋼，選擇匹配材質(zhì)焊絲，本次采用E308L焊絲；焊絲尺寸選擇考慮工件厚度及送絲機(jī)構(gòu)，采用Φ1.2 mm焊絲。（3）保護(hù)氣體的選擇。采用純氬作保護(hù)氣體焊接不銹鋼時(shí)，由于產(chǎn)生陰極斑點(diǎn)漂移現(xiàn)象使電弧不穩(wěn)定，焊縫成型不好，故常采用Ar+（1～5%）O2或Ar+（5～10%）CO2弱氧化性混合氣體。本工程選用90%Ar+10%CO2氣體作為焊接保護(hù)氣體。（4）接頭設(shè)計(jì)。坡口參見GB985-88《氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊坡口基本形式及尺寸》設(shè)計(jì)，如圖，坡口加工采用刨邊機(jī)機(jī)械加工或采用等離子切割完成，需用磨光機(jī)打磨呈金屬光澤，坡口表面不得有裂紋、夾雜、分層等缺陷。

圖2 坡口形式圖

（5）焊接工藝參數(shù) 焊接電流（送絲速度）、電弧電壓、焊接速度和氬氣流量等，決定著電弧形態(tài)、熔滴形式和焊縫成型。通過工藝評(píng)定，活性氣體保護(hù)焊（MAG）雙面焊接不銹鋼的工藝參數(shù)如表1所示。6）不銹鋼溶液罐焊接質(zhì)量控制 大型不銹鋼溶液罐的罐底板與罐頂板，由于規(guī)格較大，需要多塊鋼板拼接制作，合理的排板設(shè)計(jì)，能有效的減少焊縫長(zhǎng)度，提高效率。排板設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮對(duì)稱布置焊縫，拼板對(duì)接接頭，采用（4）坡口形式，焊接時(shí)按照對(duì)稱原則，從中間向兩邊鋪開的順序，兩名焊工同時(shí)對(duì)稱施焊。采用雙面焊接，工藝參數(shù)參照（5），利用活性氣體保護(hù)焊（MAG）連續(xù)施焊的特點(diǎn)，得到的焊縫成形美觀，表面過渡光滑，無表面缺陷，保證焊縫質(zhì)量。罐壁板組對(duì)時(shí)，根據(jù)坡口點(diǎn)對(duì)，保證內(nèi)表面齊平，錯(cuò)邊量控制在允許的誤差范圍內(nèi)。焊接時(shí)，先焊接罐壁間縱縫，再焊接環(huán)縫，最后施焊內(nèi)側(cè)焊縫?？v焊縫的布置，應(yīng)采用交錯(cuò)對(duì)稱布置，對(duì)稱交錯(cuò)施焊，以減少焊接變形；環(huán)焊縫焊接按照對(duì)稱施焊原則，焊接由4名焊工沿圓周均布，朝同一方向用分段退焊或跳焊法施焊，嚴(yán)格控制層間溫度不超過100 ℃，有效控制焊接變形。罐壁板焊接，同樣應(yīng)采用雙面焊工藝，以確保焊縫質(zhì)量。

表1

焊接

層次 焊接電流 電弧電壓 焊接速度 焊絲伸出長(zhǎng)度 焊接

方向

I/A U/V v/（L/min） /mm

1 150～180 21～25 30～40 10～15 右焊法

2 180～210 25～29 20～30 10～15 右焊法

圖3 焊縫成形效果

不銹鋼溶液罐焊接完成后，對(duì)焊接飛濺進(jìn)行打磨，焊道酸洗，表面拋光等工藝處理，保證產(chǎn)品質(zhì)量。如圖3所示。

3 質(zhì)量檢測(cè)

3.1 外觀質(zhì)量驗(yàn)收

對(duì)焊接好不銹鋼尿素溶液罐焊縫進(jìn)行外觀檢查，焊縫成形美觀，表面過渡光滑，無表面缺陷，符合設(shè)計(jì)要求。不銹鋼罐罐體外形美觀，變形小，罐體高度，橢圓度等均符合設(shè)計(jì)要求。工程外觀質(zhì)量驗(yàn)收為合格。

3.2 焊縫無損檢測(cè)

按照GB150-1998《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)，焊接接頭類別分為ABCD四類。如圖4所示。

圖4 壓力容器焊接接頭分類示意圖

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙技術(shù)要求，對(duì)AB類別焊縫進(jìn)行1%射線RT檢測(cè)，按照J(rèn)B4730-94《壓力容器無損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，Ⅲ級(jí)合格，經(jīng)評(píng)定焊縫合格。對(duì)CD類別焊縫進(jìn)行100%滲透PT檢測(cè)，按照J(rèn)B4730-94《壓力容器無損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)，Ⅰ級(jí)合格，經(jīng)評(píng)定焊縫合格。

3.3 設(shè)備充水試驗(yàn)檢測(cè)

根據(jù)圖紙要求，對(duì)制造完成的設(shè)備進(jìn)行充水試驗(yàn)，無滲漏；無可見的變形；試驗(yàn)過程中無異常的響聲。達(dá)到GB150-1998《鋼制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)合格。

4 經(jīng)濟(jì)效益

活性氣體保護(hù)焊（MAG），焊接過程中，焊絲通過機(jī)械連續(xù)輸送，焊接速度快，同時(shí)焊絲利用率高，降低了焊接成本。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)顯示，活性氣體保護(hù)焊（MAG）與焊條電弧焊比總成本降低39.6%～78.7%；活性氣體保護(hù)焊（MAG）比焊條電弧焊提高功效3.28倍。

5 結(jié)語

經(jīng)過十幾天的連續(xù)努力，在克服了工藝探索等困難之后，不銹鋼尿素溶液儲(chǔ)罐工程按期完成。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，通過合理的施工工藝，采用活性氣體保護(hù)焊（MAG）可以滿足大型不銹鋼溶液儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)要求，并能有效控制焊接變形，降低制造成本，縮短工期，提高效率。

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