沈英杰 * 蔚道祥 楊宇清 宋 玉

（上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，市場對食品、飲料、輕化工等日用產(chǎn)品需求增大，為了適應市場需求，各生產(chǎn)企業(yè)不斷加大市場投入、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加市場占有率[1]。不銹鋼潔凈管道具有耐用、耐腐蝕和幾乎無需維護表面等特性，因此其應用越來越廣泛[2]。

某洗滌劑項目采用自熔焊技術的不銹鋼潔凈管道用于輸送去離子水及洗滌原料[3-4]。在管道安裝過程中，為了控制工程質(zhì)量應選擇符合要求的合格產(chǎn)品，關鍵是要確保管道焊接接頭優(yōu)質(zhì)、安全、可靠，并對其焊接質(zhì)量實施合理、有效的全過程管理控制。而要實現(xiàn)質(zhì)量控制的目的，就必須確定影響介質(zhì)輸送環(huán)境的焊接缺陷并在實際生產(chǎn)過程中對焊接缺陷進行控制[5-6]。本文將對不銹鋼管自熔焊技術及焊接質(zhì)量控制等方面進行探討。

1 不銹鋼潔凈管簡介

不銹鋼潔凈管道是焊接主材料，對焊接質(zhì)量起決定性的作用。不銹鋼潔凈管道一般可以分為光亮退火（BA）管及電拋光（EP）管。BA 管采用充氬氣加熱處理而成，EP 管采用電解研磨方式加工而成。EP 管的平面光滑度及平整度優(yōu)于BA 管，其內(nèi)外表面十分光亮。某項目按照設計文件的要求使用304 及316L兩種牌號的EP 型衛(wèi)生級不銹鋼管，公稱直徑（DN）為20～200 mm，壁厚為2 mm，管材中加入了鈍化性能良好的鎳使其在氧化介質(zhì)和還原介質(zhì)中都具有良好的耐蝕性。

2 自熔焊技術

采用自熔焊焊接技術的潔凈管道除了能滿足常規(guī)工業(yè)管道對焊縫的要求外，還能在焊接時保證管道內(nèi)、外表面不受污染，焊縫內(nèi)、外表面保持光亮，與母材光澤度基本保持一致。焊縫與母材平滑過渡，管道內(nèi)、外余高均較小，與母材基本平齊。而且潔凈管道大多在潔凈間內(nèi)作業(yè)，作業(yè)時必須保證作業(yè)環(huán)境不受污染，確保其中無煙、無塵，因此自熔焊焊接是最合適的焊接方式。

不銹鋼潔凈管道的直徑徑較小，一般小于DN 200 mm，焊縫要求單面焊雙面成型，現(xiàn)場工藝管道成排布置，且間距應寬大均勻，焊接工作可由自動焊機完成。自動焊機由焊接主機、顯示屏、控制器及焊槍4 個部分組成。使用該自動焊機焊接時，管材可以不開坡口，無間隙組對，通過母材自熔形成焊接接頭，可以有效避免管內(nèi)被污染。

自熔焊機實行全程序化操作。編制焊接程序時可根據(jù)管材的外徑將接頭端面劃分為4 個扇形區(qū)（即分為4 級），每個焊接程序最多可分為100 級，每1 級都可以根據(jù)實際焊接要求設置相應的焊接程序，從而滿足焊接要求，形成動態(tài)模式，保證焊接質(zhì)量，而且脈沖電流可以確保焊接波紋非常均勻細小，焊縫表面保持光滑，如圖1 所示。

圖1 均勻光滑的焊縫

焊槍是自動焊機與其他焊機區(qū)別最大的地方，其由保護罩、鎢針以及氬氣管組成。使用時將保護罩環(huán)扣在管道焊接口，氬氣管充填氬氣，鎢針沿著保護罩內(nèi)的導軌圍繞焊接口開始周向焊接，如圖2 所示。

圖2 焊槍工作情況

3 焊接參數(shù)設定

選用純度為99.99%以上的氬氣作為保護氣體，因為氬氣能有效隔絕周圍空氣，且其本身不和金屬發(fā)生反應。此外，在鎢極氬弧焊焊接過程中，電弧還具有自動清除工件表面氧化膜的作用，因此可以成功地焊接易氧化、氮化、化學性質(zhì)活潑的不銹鋼和合金。而理論上來說，氣體的流量越大，保護層抵抗空氣影響的能力越強，但是在實踐中發(fā)現(xiàn)，當氣體流量過大時，保護層會產(chǎn)生不規(guī)則流動，卷入空氣，影響保護效果及焊縫質(zhì)量，所以焊接時要根據(jù)實際情況選擇合適的氬氣流量。考慮到該項目大多在室內(nèi)作業(yè)，所以一般將氬氣流量調(diào)整為10 L/min 左右，具體參數(shù)可見表1。

表1 焊接工藝參數(shù)

不銹鋼潔凈管焊接過程可分為預制準備階段、焊接階段及焊后階段。在預制階段，首先將潔凈管從塑料膜中取出，量取使用長度，用平口機切割并平整管口。在焊接階段時，將切割完畢的潔凈管根據(jù)施工圖固定在支架上并對接管口，充填氬氣，然后將焊槍夾在對接的管口上，在自熔焊機上設置焊接參數(shù)，包括焊接電流、焊接速度及氬氣充填量等，并對樣管進行試焊，優(yōu)化焊接參數(shù)，最后開始焊接。焊后階段時，將焊縫打磨拋光，試壓沖洗潔凈管，使用管道內(nèi)窺鏡檢查配合射線檢測，最后完成安裝報告。

4 問題及解決方法

在自動氬弧焊焊接過程中，應該先將所需要焊接的管道根據(jù)其材質(zhì)、公稱直徑及管道壁厚進行預先焊接測試，以此來調(diào)節(jié)自動焊機的各項焊接參數(shù)。

在某小直徑管的試焊過程中，焊縫上表面發(fā)生塌陷,如圖3 所示。不銹鋼潔凈管自熔焊無需充填焊劑，這種焊接方式對焊縫的內(nèi)外表面的成形要求極高，外表面凹陷或內(nèi)表面凸出的焊縫是不符合要求的。

圖3 管道上表面塌陷

查閱相關文獻資料，并進行大量試驗后得出以下結論。出現(xiàn)焊縫塌陷內(nèi)凹的原因有4 種，包括焊接接口對接過緊，氬氣充填壓力過大，焊接電流過大以及焊接速度過慢。而根據(jù)現(xiàn)場實際情況，排除第1種原因后，分析可知其余3 種因素是問題產(chǎn)生的原因。由于該小直徑管較容易受熱，在自熔焊焊接過程中，焊接電流過大及焊接速度太慢，又由于氬氣充填壓力太大導致焊縫上表面的母材完全熔化成鐵水狀態(tài)同時受到氬氣壓力的影響，焊縫出現(xiàn)塌陷。因此將焊接電流由81 A 降低到71 A，氬氣流量從12 L/min 降到10 L/min,焊接速度由80 mm/min 提高到100 mm/min后，焊縫內(nèi)外表面熔合無余高，符合設計要求。

5 結論

（1）自熔焊技術適用于不銹鋼潔凈管。

（2）焊接參數(shù)對于焊接質(zhì)量非常重要。焊口對接的松緊程度、氬氣的充填量、焊接電流及焊接速度都會影響焊縫成形效果，并且這些參數(shù)往往互相關聯(lián)，所以焊接前一定要選用合適的焊接參數(shù)。