沈英杰 * 蔚道祥 楊宇清 宋 玉

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)食品、飲料、輕化工等日用產(chǎn)品需求增大，為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，各生產(chǎn)企業(yè)不斷加大市場(chǎng)投入、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加市場(chǎng)占有率[1]。不銹鋼潔凈管道具有耐用、耐腐蝕和幾乎無(wú)需維護(hù)表面等特性，因此其應(yīng)用越來(lái)越廣泛[2]。

某洗滌劑項(xiàng)目采用自熔焊技術(shù)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(guò)程中，為了控制工程質(zhì)量應(yīng)選擇符合要求的合格產(chǎn)品，關(guān)鍵是要確保管道焊接接頭優(yōu)質(zhì)、安全、可靠，并對(duì)其焊接質(zhì)量實(shí)施合理、有效的全過(guò)程管理控制。而要實(shí)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(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)焊接缺陷進(jìn)行控制[5-6]。本文將對(duì)不銹鋼管自熔焊技術(shù)及焊接質(zhì)量控制等方面進(jìn)行探討。

1 不銹鋼潔凈管簡(jiǎn)介

不銹鋼潔凈管道是焊接主材料，對(duì)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(xiàng)目按照設(shè)計(jì)文件的要求使用304 及316L兩種牌號(hào)的EP 型衛(wèi)生級(jí)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(shù)

采用自熔焊焊接技術(shù)的潔凈管道除了能滿足常規(guī)工業(yè)管道對(duì)焊縫的要求外，還能在焊接時(shí)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(guò)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(shí)必須保證作業(yè)環(huán)境不受污染，確保其中無(wú)煙、無(wú)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(chǎng)工藝管道成排布置，且間距應(yīng)寬大均勻，焊接工作可由自動(dòng)焊機(jī)完成。自動(dòng)焊機(jī)由焊接主機(jī)、顯示屏、控制器及焊槍4 個(gè)部分組成。使用該自動(dòng)焊機(jī)焊接時(shí)，管材可以不開坡口，無(wú)間隙組對(duì)，通過(guò)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(jī)實(shí)行全程序化操作。編制焊接程序時(shí)可根據(jù)管材的外徑將接頭端面劃分為4 個(gè)扇形區(qū)（即分為4 級(jí)），每個(gè)焊接程序最多可分為100 級(jí)，每1 級(jí)都可以根據(jù)實(shí)際焊接要求設(shè)置相應(yīng)的焊接程序，從而滿足焊接要求，形成動(dòng)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(xì)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(dòng)焊機(jī)與其他焊機(jī)區(qū)別最大的地方，其由保護(hù)罩、鎢針以及氬氣管組成。使用時(shí)將保護(hù)罩環(huán)扣在管道焊接口，氬氣管充填氬氣，鎢針沿著保護(hù)罩內(nèi)的導(dǎo)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(shè)定

選用純度為99.99%以上的氬氣作為保護(hù)氣體，因?yàn)闅鍤饽苡行Ц艚^周圍空氣，且其本身不和金屬發(fā)生反應(yīng)。此外，在鎢極氬弧焊焊接過(guò)程中，電弧還具有自動(dòng)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(xué)性質(zhì)活潑的不銹鋼和合金。而理論上來(lái)說(shuō)，氣體的流量越大，保護(hù)層抵抗空氣影響的能力越強(qiáng)，但是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體流量過(guò)大時(shí)，保護(hù)層會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則流動(dòng)，卷入空氣，影響保護(hù)效果及焊縫質(zhì)量，所以焊接時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的氬氣流量?？紤]到該項(xiàng)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(guò)程可分為預(yù)制準(zhǔn)備階段、焊接階段及焊后階段。在預(yù)制階段，首先將潔凈管從塑料膜中取出，量取使用長(zhǎng)度，用平口機(jī)切割并平整管口。在焊接階段時(shí)，將切割完畢的潔凈管根據(jù)施工圖固定在支架上并對(duì)接管口，充填氬氣，然后將焊槍夾在對(duì)接的管口上，在自熔焊機(jī)上設(shè)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(duì)樣管進(jìn)行試焊，優(yōu)化焊接參數(shù)，最后開始焊接。焊后階段時(shí)，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(cè)，最后完成安裝報(bào)告。

4 問(wèn)題及解決方法

在自動(dòng)氬弧焊焊接過(guò)程中，應(yīng)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(jìn)行預(yù)先焊接測(cè)試，以此來(lái)調(diào)節(jié)自動(dòng)焊機(jī)的各項(xiàng)焊接參數(shù)。

在某小直徑管的試焊過(guò)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(wú)需充填焊劑，這種焊接方式對(duì)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(guān)文獻(xiàn)資料，并進(jìn)行大量試驗(yàn)后得出以下結(jié)論。出現(xiàn)焊縫塌陷內(nèi)凹的原因有4 種，包括焊接接口對(duì)接過(guò)緊，氬氣充填壓力過(guò)大，焊接電流過(guò)大以及焊接速度過(guò)慢。而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，排除第1種原因后，分析可知其余3 種因素是問(wèn)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(guò)程中，焊接電流過(guò)大及焊接速度太慢，又由于氬氣充填壓力太大導(dǎo)致焊縫上表面的母材完全熔化成鐵水狀態(tài)同時(shí)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(wú)余高，符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

（1）自熔焊技術(shù)適用于不銹鋼潔凈管。

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