紧凑密排金属管道焊接工艺

杭州市设备安装有限公司 （浙江 310005） 明瑞云 李立人

1.概述

在金属结构安装、检修的工程中，管道紧凑密排的结构屡见不鲜，给管道的焊接施工带来很大困难，对焊接质量也造成严重影响。

2.结构型式

随着国民经济的高速发展，余热发电项目也迅速掘起，如：水泥窑余热发电锅炉、玻璃厂生产线尾气余热发电锅炉、冶炼厂尾气余热发电锅炉或锅炉、热交换器等，排管结构的检修工程中常遇到紧凑密排的管道，如图1、图2所示。

这些结构的排管排列间隙往往在6mm左右（设计值），而实际值在1～5mm之间，如图3所示，给焊接施工带来很大困难。

图1 建设中的郴州良田水泥余热电站

图2 已完工的株洲玻璃余热电站

图3 排管

3.工艺原理

熔化焊接过程中，熔池金属从固态到液态再回到固态的整个冶金反应过程必须得到良好的保护，气焊熔池靠气体火焰保护、焊条电弧焊熔池靠电弧气体保护，埋弧焊熔池靠焊剂熔渣保护，而钨极氩弧焊熔池靠氩气保护，这些保护层起着隔离空气和保护冶金反应的作用，所以这些保护层的方向应尽量垂直于熔池表面，一般的钨极氩弧焊（TIG）焊接方法焊接时焊炬喷嘴与工件的角度，如图4所示，才能保证整个冶金反应过程的稳定，而达到良好的焊接质量。 TIG焊接方法是完全依靠氩气来保护熔池区域的，而紧凑密排管道两管之间的间隙很小，焊炬喷嘴几乎与管子的切线平行，如图5所示，氩气完全不能起到保护作用，导致窄间隙区域中的焊缝内产生大量气孔缺陷，焊缝质量无法保证。为解决这一难题，我公司结合湖南郴州良田水泥有限公司余热电站安装工程中的φ38mm×3mm20钢管，根据施工现场情况进行了实物模拟试验，采用了“主气+辅助气”的TIG（手工钨极氩弧焊）焊接工艺，此施工工艺解决了紧凑密排管道焊接接头的焊接质量问题，并在其他类似工程中相继采用。采用本工艺后降低了窄间隙排管焊接接头的施焊难度，使焊接质量得到了保证。

图4

图5

焊接熔池区域的良好保护是保证焊接质量的重要措施之一，而TIG焊接方法中氩气起着唯一的保护作用，如果氩气保护不当，会给焊接质量带来严重影响，甚至导致焊接操作过程无法正常进行。利用“主气（引弧用保护气体，引弧时如果得不到氩气保护，将不能顺利引弧，而导致焊接无法进行）+辅助气（焊接用保护气体）”对熔池区域进行保护的施焊工艺，确保了焊缝金属从固体熔化到凝固结晶的整个冶金过程得到了氩气的充分保护，如图6所示。

图6

4.操作要点

按现场施工要求准备TIG焊机、氩气、氩气输送设施等焊接机具的同时还须准备辅助气输送喷嘴（将QS70/400焊炬枪头拆卸后套上塑料软管即可），如图7所示。

图7

严格按照相应规范及本施工工艺制作焊接工艺评定报告（PQR）。

根据评定合格的PQR编制焊接工艺卡（WPS）。

焊接操作过程中一般为两人共同进行，一人持焊炬主焊，如图8所示，一人持辅助气喷嘴在背面协助焊接，如图9所示。

图8

图9

焊丝的填充须从喷嘴的侧方进行，如图8所示，通常TIG焊接方法焊丝的填充是在喷嘴的前方进行，如图4所示。

辅助气为焊接用保护气体，必须尽量垂直于焊接熔池（钨极前端）。

为了不让辅助气被主气冲散而影响焊接质量，辅助气必须大于主气，氩气流量应在20～24 L/min之间，通常TIG焊接方法的保护气体流量应在8～12L/min之间。

主气为引弧用保护气体，为了引弧顺利，流量应在4～5 L/min之间。

通常采用TIG焊接方法施焊时钨极伸出长度为3～5mm，而在紧凑密排管道中两管之间的间隙很小，焊炬喷嘴无法伸进，为了使电弧能在两管夹缝中引燃，钨极伸出长度应≥10mm，根据管直径来确定，管直径大些而伸出长度相对长些，而钨极的保护也是靠辅助气完成的。

本方法是在TIG焊接方法中通过“主气+辅助气”双重保护的焊接工艺，克服了常规TIG焊接方法的局限性，有效地提高了TIG焊接方法的“可焊到性”，可保证焊接接头狭窄间隙区域的焊接质量及焊接过程的稳定。

本工艺操作简便、实用性强，焊工只需通过简单的培训就可上岗施焊。

5.适用范围

本工艺适用于紧凑密排窄间隙金属管道的TIG方法的焊接施工，也可推广到其他相应焊接方法的窄间隙金属管道焊接接头的焊接施工。

6.结语

在窄间隙排管结构焊接过程中，为保证焊接质量，主气+辅助气的TIG焊接工艺得到了较为广泛的运用，并获得了同行的好评。