劉新海，劉新儒，丁自力，王俊峰，曹遂軍，裴先峰

中國石油天然氣第一建設有限公司 河南洛陽 471023

1 序言

石油化工施工中的不銹鋼管在焊接時，焊道表面和熱影響區(qū)容易氧化變色，為保證不銹鋼的耐腐蝕性，在焊后對焊縫進行酸洗鈍化處理，使其表面形成一層致密的氧化膜，但不銹鋼管的內(nèi)壁又往往無法酸洗鈍化，嚴重降低了不銹鋼管內(nèi)壁耐腐蝕性能。而一般焊接工藝和施工措施很難保證背面焊道和熱影響區(qū)的焊接質(zhì)量（見圖1、圖2），所以必須改進焊接工藝，并采取措施來防止背面氧化變色。

圖1 背面焊道熱影響區(qū)嚴重氧化

圖2 背面焊道接頭局部氧化

2 不銹鋼管焊接背面、表面容易氧化原因分析

1）背面充氬氣保護時，空氣在管內(nèi)一直呈渦流狀運動很難徹底排凈，即便是延長置換時間，里口全密封狀態(tài)時氧含量可以達到＜0.01%（體積分數(shù)），但是打開坡口開始焊接后，含氧量就會上升到0.05%（體積分數(shù)），甚至更高。較高的氧含量最終導致焊道背表面氧化而變成藍色或者紫色。

2）在現(xiàn)場施工中，焊工一般采用劃擦引弧的簡易氬弧焊焊槍，這種焊槍在焊接斷弧后使高溫的焊道瞬時失去氬氣的保護，導致每次收弧的接頭容易氧化變色。

3）每次起弧接頭時，由于空氣通過打開的焊接坡口處進入里口，此時正好里口氧含量較高，高溫的焊道容易局部氧化。

4）在填充和蓋面層焊接時，焊接電流較大、焊接熱輸入大，或者層間溫度高，焊道背面同樣會氧化變色。

5）氬氣純度低，含氧量高對焊縫的保護效果變差。

6）不銹鋼導熱性差，為鋼的1/3，在焊接時熱量散發(fā)不出去，導致焊道和熱影響區(qū)溫度較高，從而更容易被氧化。

3 焊接工藝改進

1）里口保護氣中的氧氣是造成焊道和熱影響區(qū)氧化變色的主要原因，所以排除保護氣體中的氧氣就能解決氧化問題。改進工藝后采用純度為99.999%高純氬氣作為焊接氣體，用混合氣（5%H2+95%Ar）作為背面保護氣，利用氫氣和氧氣在高溫下的化學反應來降低管內(nèi)的氧氣含量。

2）氬氣密度比空氣大，置換管內(nèi)空氣時，采取低充高排的原則，同時適當延長充氣置換時間。

3）使用有電流緩升、電流衰減、提前送氣、滯后停氣功能的焊機和高頻引弧焊槍。在剛引弧時利用燃燒的電弧先燒損保護氣中的氧氣，避免了焊道起弧接頭時被氧化，在斷弧后高溫的焊道仍處于氬氣的有效保護下，防止了接頭的局部氧化變色。

4）增大噴嘴直徑，采用φ10～φ12mm的噴嘴，增加保護范圍。

5）封坡口采用密封性能好的錫箔紙膠帶，不能用紙膠帶。

6）最后的接頭收口時減小充氬氣流量，最好采用充氬氣流量不變，一側打開排氣的方法焊接效果最好。

7）道間和層間溫度控制不超過60℃，焊接中也可以采取在焊縫兩側纏繞有循環(huán)水的冷卻銅管或用棉濕布纏在焊道兩側進行降溫，減少焊道的高溫停留時間。

8）前三層采用熱輸入小的氬弧焊進行焊接，同時繼續(xù)對里口充氬氣保護，達到一定厚度后再采用焊條進行焊接。無論是氬弧焊還是焊條電弧焊焊接，電流盡可能小些，采用直線行走或者微擺動的運弧方法，在保證焊接質(zhì)量的前提下焊接速度越快越好，從而降低焊接熱輸入，避免焊道溫度過高而氧化。

4 結束語

在一化工裝置施工中，不銹鋼管道在焊接后無法對管內(nèi)進行酸洗鈍化處理，焊接時又不允許焊道內(nèi)表面氧化，要求焊道和熱影響區(qū)表面顏色必須是銀白色。在施工中采用上述工藝措施焊接后，達到了設計和業(yè)主的要求，保證了不銹鋼管道的耐腐蝕性能。