湯亞杰

（上海電力股份有限公司吳涇熱電廠，上?！?00241）

火力發(fā)電機(jī)組常用奧氏體不銹鋼管TIG焊接工藝保護(hù)措施

湯亞杰

（上海電力股份有限公司吳涇熱電廠，上海200241）

奧氏體不銹鋼合金成分高，并且由于其導(dǎo)熱率低，線膨脹系數(shù)大的物理特性，當(dāng)采用TIG焊接時(shí)如不采取正確的保護(hù)措施，將不可避免的造成焊縫金屬過(guò)燒和焊縫根部表面金屬的劇烈氧化。本文著重闡述了目前火電檢修TIG焊接中，針對(duì)奧氏體不銹鋼管焊接所采用的防止氧化缺陷的工藝保護(hù)措施。通過(guò)采取必要和正確的工藝措施，將有效避免奧氏體不銹鋼管在焊接過(guò)程中產(chǎn)生金屬氧化的缺陷，獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

奧氏體不銹鋼管TIG氧化缺陷工藝保護(hù)措施

1　氧化缺陷的主要危害

奧氏體不銹鋼大量應(yīng)用于火電廠化學(xué)系統(tǒng)管道、熱工儀表管、熱交換器管等方面，同時(shí)在鍋爐高溫過(guò)熱器和高溫再熱器管中也廣泛應(yīng)用。奧氏體不銹鋼管在焊接過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)壁嚴(yán)重氧化缺陷的焊接問(wèn)題，在設(shè)備安裝和日常檢修中累見(jiàn)不鮮，這一焊接缺陷將大大縮短奧氏體不銹鋼管的使用壽命，導(dǎo)致焊接接頭早期失效，給設(shè)備安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。

2　常用奧氏體不銹鋼及焊接性能

奧氏體不銹鋼是在鉻含量為18%的鐵素體型不銹鋼中加入Ni、Mn、N等奧氏體形成元素而獲得的鋼種。在火電廠管道中常用的有18-8型（TP304）、18-12型（TP347）等。奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和優(yōu)良的高溫?zé)釓?qiáng)性能，比鐵素體/珠光體鋼更好的抗高溫氧化性能。但另一方面，奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱率只有普通低合金鋼的三分之一，線膨脹系數(shù)比普通低合金鋼高約50%，由于導(dǎo)熱性能差、線膨脹系數(shù)大，所以焊接應(yīng)力和焊接變形較大。在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、表面氧化等缺陷，給焊接工作帶來(lái)了很多不利影響。

3　奧氏體不銹鋼管TIG焊接背面保護(hù)措施的選擇

奧氏體不銹鋼管通常采用TIG焊接，即使是大口徑管道也采用TIG焊接打底層。由于不銹鋼和氧的親和力很大，如果不采取相應(yīng)的保護(hù)措施，背面的焊縫金屬由于缺少氬氣的有效保護(hù)極易在焊接高溫下產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化，造成合金元素?zé)龘p，從而使得焊縫金屬的力學(xué)性能和耐蝕性下降。為保證焊縫背面的焊接質(zhì)量，必須采取有效的防護(hù)措施。

3.1采用管內(nèi)充保護(hù)氣體的方法對(duì)焊縫根部進(jìn)行保護(hù)

保護(hù)氣體根據(jù)材質(zhì)的不同可以為氮?dú)狻鍤饣蚧旌蠚怏w。目前，TIG焊接基本采用管內(nèi)充氬的方法防止焊縫背面氧化。充氬方法主要包括整體充氬和局部充氬等。出于節(jié)約工程成本并同時(shí)滿足施工要求的考慮，通常采用局部充氬的工藝方法。管道內(nèi)部局部充氬保護(hù)通常有兩種方法，一是置換充氬，將管子兩端距焊接部位一定距離用水溶性紙封堵，用氬氣將管內(nèi)空氣置換出來(lái)，這種方法主要用于小口徑管道（見(jiàn)圖1所示）。

另一種是背充保護(hù)，它是利用充氬扁管伸到焊接部位的背面，以略小于正常氬弧焊的氬氣流量，對(duì)施焊部位跟蹤保護(hù)，這種方法主要用于板件及大口徑管的焊接（見(jiàn)圖2所示）。

3.2選用藥芯焊絲

選用藥芯焊絲進(jìn)行TIG焊接是一種自保護(hù)焊接方法。藥芯焊絲在焊接過(guò)程中，藥劑會(huì)融化滲透到熔池的背面，在冷卻的過(guò)程中形成一層致密的藥皮覆蓋在根部焊縫表面，從而起到保護(hù)根部金屬不被氧化的作用。這種自保護(hù)焊接方法保護(hù)效果好、操作簡(jiǎn)單，但也有一些難以克服的缺點(diǎn)。由于其在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的藥皮滯留在管內(nèi)難以去除，大量采用可能會(huì)造成管道通徑流量降低，甚至造成管道堵塞。因而在焊接潔靜度要求較高的管道或進(jìn)行大批量焊口焊接時(shí)將無(wú)法采用。

目前，在電力檢修中通常采用充保護(hù)氣體的方式防止根部氧化。其優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)效果好、管內(nèi)潔靜度高；缺點(diǎn)是工藝要求高，操作復(fù)雜和保護(hù)氣體消耗較多。藥芯自保護(hù)焊由于背部藥皮無(wú)法去除，所以除特殊條件下的個(gè)別小口徑管搶修外，一般不予采用。

4　充氬保護(hù)的工藝要點(diǎn)

（1）焊接時(shí)氣室內(nèi)應(yīng)提前送氣，待氣室內(nèi)空氣排出后，方可施焊。焊接過(guò)程中應(yīng)保持充氬氣流穩(wěn)定。停焊時(shí)焊槍?xiě)?yīng)滯后停氣，并在收弧處停留一段時(shí)間，避免收弧處的焊縫金屬表面在高溫下產(chǎn)生氧化。（2）氬氣流量應(yīng)適中，流量過(guò)小保護(hù)不好，焊縫背面易氧化；流量過(guò)大會(huì)產(chǎn)生渦流，影響保護(hù)效果，同時(shí)由于氬氣流量過(guò)大而產(chǎn)生的氣室內(nèi)部向外的氣壓會(huì)造成焊縫根部?jī)?nèi)凹的缺陷，降低接頭質(zhì)量。（3）由于氬氣比空氣質(zhì)量重，從較低位置充入氬氣容易保證氣室內(nèi)獲得更高的氬氣濃度，充氬保護(hù)效果也就更好。（4）為了減少氣室內(nèi)氬氣從對(duì)口間隙處的流失，焊接前可沿焊口間隙貼上鋁箔膠帶，僅留出可一次連續(xù)施焊的長(zhǎng)度，通過(guò)邊焊邊揭去膠帶的辦法來(lái)提高充氬保護(hù)效果。（5）打底結(jié)束前應(yīng)于焊口正面預(yù)留一處檢查孔，用手電和

············肉眼認(rèn)真檢查焊縫根部成形情況，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷并及時(shí)采取補(bǔ)救措施。（6）保護(hù)的效果可通過(guò)焊縫金屬表面的顏色加以判斷：銀白或金黃色為最好；藍(lán)色為良好；灰色為不良；黑色則說(shuō)明氧化已經(jīng)較為嚴(yán)重了。

5　焊接技巧和對(duì)焊接參數(shù)的把握

奧氏體不銹鋼焊接線能量不但直接影響到焊接接頭的抗裂性能、耐腐蝕性能、焊接變形等，過(guò)高的線能量還會(huì)造成焊縫金屬的過(guò)燒和氧化。因此，奧氏體不銹鋼管道焊接時(shí)，在保證完全焊透、完全熔合的情況下，盡量采用小電流、低電壓（短弧焊）焊接，以減少熱輸量。

（1）焊槍和整個(gè)氣路氣密性應(yīng)確保完好，氬氣純度≥99.99%，保護(hù)焊接熔池的氬氣純度是影響焊接質(zhì)量的第一要因。（2）當(dāng)焊接電流為50～150A時(shí)，氬氣流量為8～9L/m in，當(dāng)電流≥150A時(shí)，氬氣流量可相應(yīng)提高到9～12L/m in。（3）鎢極從噴嘴突出的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，以4～5mm為宜，在氣體保護(hù)遮蔽性差的地方應(yīng)縮短到2～3mm，噴嘴至施焊點(diǎn)的距離一般不得超過(guò)10mm。（4）焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，焊接電弧長(zhǎng)度保持在1～3mm為宜，隨著電弧長(zhǎng)度的增加保護(hù)效果會(huì)隨之變差。（5）為使氬氣充分保護(hù)焊接熔池，鎢極中心線與焊件應(yīng)保持80～85°角左右，填充焊絲與焊件表面夾角應(yīng)盡可能地小，一般應(yīng)保持在≤10°。（6）TIG打底的焊層厚度不宜過(guò)薄，應(yīng)保持在2.5mm左右為宜，同時(shí)將焊接速度控制在不低于4cm/m in，這樣可以有效避免在焊接中間層的過(guò)程中，焊縫根部表面由于高溫而產(chǎn)生氧化。（7）盡可能采用連續(xù)送絲法焊接，這樣有利于控制焊接熔池溫度，減小高溫區(qū)范圍，提高氬氣保護(hù)效果，有效避免金屬表面氧化。（8）在有氣流影響的地方施焊，應(yīng)做好必要的防風(fēng)遮蔽措施，保證焊接順利進(jìn)行。

6　結(jié)語(yǔ)

雖然奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱率低，線膨脹系數(shù)大，在焊接過(guò)程中極易由于高溫造成金屬過(guò)燒和表面金屬氧化的缺陷，但只要充分了解并掌握其材料特性和焊接性能，在焊接過(guò)程中正確把握焊接工藝參數(shù)，選擇正確的焊接保護(hù)工藝措施，并能夠掌握熟練的焊接操作方法，就可以獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

［1］火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程.DL/T869-2012［S］.

［2］杜文敏.火電廠金屬材料焊接技術(shù)與管理［M］.中國(guó)電力出版社，201 2.

［3］許江曉.電站金屬實(shí)用焊接技術(shù)［M］.中國(guó)電力出版社，2011.