手工钨极氩弧焊大摇摆操作工艺在小口径镍基合金管焊接中的应用探讨

手工钨极氩弧焊大摇摆操作工艺在小口径镍基合金管焊接中的应用探讨摘要：手工钨极氩弧焊是采用大摇摆焊接工艺操作方法，该工艺的应用极大提高了焊缝根部质量和表面成形质量。通过对大摇摆焊操作工艺和INCOLOY825合金的焊接工艺分析，探讨了大摇摆焊操作工艺在INCOLOY825合金管道焊接中实际应用，实践证明，效果良好。不仅保证了焊接质量，而且提高了施工速度。关键词：氩弧焊；大摇摆操作法；焊接工艺；焊接质量中图分类号TG444.74文献标识码：A0前言普光气田地面集输工程天然气H2S含量13%～18%，CO2含量8%～10%，我公司承建的普光气田地面集输工程集气站项目中，根据设计要求使用了INCOLOY825(φ114×17.5/14.2；φ89×11mm)特种抗硫管材。目前抗硫管材的焊接在国内还没有成熟的经验可借鉴，由于管道内输送的是高含硫化氢的天然气，介质输送压力高达30MPa，焊接工艺较为复杂，对焊接质量的要求极高，特别是井口管道使用条件苛刻。参与该项目的国内几家施工单位的焊工没有此类工程的施工经验。也尚无成熟的焊接工艺借鉴，焊接质量的优劣直接影响到管道使用安全。其焊接工艺为手工氩弧焊打底+手工电弧焊填充盖面。在前期的焊接技能培训中，组织焊工和技术人员进行技术攻关，通过不同焊接操作方法的试验摸索，优选的大摇摆操作方法显现出明显技术优势，该操作方法尤为适用于INCOLOY825合金的焊接。在施焊中采用此种操作方法进行焊接，焊缝根部熔合及内表面质量得到明显提高，焊接一次合格率达到98%以上。1焊接工艺分析近几年来，手工钨极氩弧焊工艺在国内外承压管道建设中应用较广，但是采用大摇摆焊接工艺操作的方法焊接有色金属管道使用的较少，其操作方式与国内的传统操作方法有显著不同(国内手工钨极氩弧焊的传统操作方法是：手靠着或不靠着工件，采用直线运作焊枪的方式进行熔焊)，该操作工艺具有一定的操作难度。而INCOLOY825合金则具有焊接低熔透性、在根焊时需对管内进行充氩保护。结合大摇摆焊接操作工艺及INCOLOY825合金的焊接特性，将大摇摆焊操作方法应用到实际施工中，可加快焊接施工进度，确保焊接质量。1.1大摇摆焊接操作工艺采用手工钨极氩弧焊，在规定的焊接参数条件下，焊工操作方式上通过氩弧焊把的陶瓷嘴靠着焊缝坡口两侧，采用较大的摇摆幅度和一定的摇摆节奏来熔化焊丝和根部的焊缝，使达到一定的熔孔效应或熔池效应，以在焊接过程中及时观察和掌握焊缝的形成，从而及时调整手工送丝的质量和频率，按个人技术水平掌握的良好幅度和频率来摇摆焊接，保证根部焊缝质量。大摇摆焊接操作工艺具有大间隙、小电流、细焊丝、大摇摆的特点。1.2大摇摆焊接操作工艺的结构特点大摇摆焊焊接接头的结构特点如图1所示。图1焊接接头装配结构焊接接头的结构必须满足如下要求：根部装配间隙必须保证a=3～5mm，在4mm为佳；钝边量b=0.5~1.5mm；采用相同材质、一定直径规格的点固棒点焊组对焊口。1.3大摇摆焊接操作工艺优点大摇摆焊接工艺操作特征如图2所示。f-摆动频率；A-摆动幅度；d-根部熔孔直径图2大摇摆焊接工艺操作特征（1）大摇摆焊接操作工艺的焊接接头结构，其根部装配间隙比国内的传统操作工艺间隙大2～3min。根部打底的第一层焊缝采用大摇摆焊接操作工艺，根据熔孔效应判断根部成形质量，保证根部焊透和熔合良好，在焊缝收口处预留15～20mm焊缝暂时不焊，作为根部焊缝成形的观察窗口（图3）。这个观察窗口为焊工观察、分析根部焊缝质量提供了良好条件，只要配备一把聚光小手电简就可判断根部质量，若有缺陷便可及时做好返工处理。最后再焊接此观察窗口。因此，采用大摇摆焊接工艺操作能够提高根部的焊接质量，提高焊接合格率，减少焊缝的RT检验返修率，降低RT检验成本，提高焊接效率。图3焊接观察口（2）大摇摆焊接操作工艺的焊接接头根部装配间隙较大，在根部打底焊时，如果在现场疑难位置焊接，对于开敞性很差的位置，能够较为容易地达到焊接熔池背面送丝（图4）。控制背部焊缝成形和透明度，提高根部焊接质量和焊接合格率。图4熔池背面送丝（3）采用大摇摆焊接操作工艺，由于焊接摇摆有一定的幅度和摇摆节奏，只要在坡口两侧停留的时间合适，层间熔合质量就可以得到保证。由于焊接摇摆具有一定的幅度和摇摆节奏，喷嘴中的氩气保护具有良好的跟踪保护性，对焊接熔池和热影响区有跟踪保护和冷却的作用。因此，采用大摇摆焊接工艺操作可以提高焊缝的表面成形和质量。在整个焊接过程中，减少气孔的产生，细化晶粒，提高强度，同时使焊缝具有良好的致密性，对于不锈钢材料还具有很好的耐腐蚀性。（4）大摇摆焊操作难点。大摇摆焊接操作工艺主要是装配间隙、焊接过程中的摆幅及频率、坡口两侧的停留时间、送丝量的控制。如何在焊接过程中合理匹配这些参数，需要通过严格的培训方能达到。1.4INCOLOY825合金的焊接工艺特点镍基合金在耐腐蚀、耐高低温方面具有独特的优点。但由于其特性决定，在其焊接过程中需采取一些特殊措施方能保证焊接质量。常见的焊接缺陷主要包括以下几点。1.4.1杂质污染和晶界开裂镍在高低温下均具有良好的塑性及加工性能，在结晶温度200℃~600℃以上退火可消除加工硬化，提高塑性。镍的化学活性低，在氧化初期形成的氧化膜能防止其进一步的氧化和腐蚀。镍与Cr、Mo等其他元素形成合金后，力学性能、抗腐蚀性能、抗氧化性能显著改变，热导率和电导率下降。纯镍焊接性能良好，但极易被铅、硫等杂质污染，延晶界开裂。所以在焊接时应注意防止污染。1.4.2热裂纹及晶间腐蚀焊缝中的低熔点杂质元素易与镍元素形成低熔共晶物；其熔池流动性差，表面张力大。增加焊缝晶间腐蚀、焊接热裂纹的发生倾向。此外，镍对氢、氮等比较敏感，容易产生气孔和弧坑裂纹。对于含Gr、Mo等元素的焊接接头具有晶间腐蚀倾向，主要是由于焊接接头在敏化温度范围内停留时间较长，造成晶界附近贫Gr贫Mo引起。因此，在焊接过程中应采用较小线能量，防止Gr、Mo等元素的烧损；同时，收弧接头要饱满。1.4.3气孔及氢瘤O2、H2、CO2在液态镍中溶解度较大，但在冷却时溶解度明显减小，熔池中的气体来不及逸出，可能会在焊缝中产生气孔和氢瘤。因此，在焊接过程中要对焊接区域进行可靠的保护，使熔池得到脱氧，避免气水等缺陷。镍基合金熔化焊具有低熔透性的特点，但不宜采用大线能量增加熔透性，一般采用较大坡口及较小钝边。例如，坡口加工时采用较大坡口角度（75°）和小钝边（0～1.5mm），焊接时摆动焊枪，增加熔深。1.4.4焊接区域的保护根据以上几点分析，在镍基合金的焊接施工中对焊接区域的保护极为重要。在采用手工钨极氩弧焊根焊中，必须在管内持续充氩，防止氧化。且在焊接过程中，须对焊缝进行观察，焊缝区、热影响区金属呈银白、金黄色说明气保护效果好，方可继续施焊。2手工氩弧焊大摇摆操作工艺在INCOLOY825合金管材焊接上的应用根据以上对大摇摆操作方法及镍基合金工艺性的分析，我们在施工中将大摇摆操作方法应用到镍基合金的焊接中得到了很好的效果。(1)大摇摆操作方法要求较大的组对间隙，在镍基合金的焊接过程中需要足够的间隙以便对内部焊缝进行观察。(2)镍基合金熔池流动性差，大摇摆焊操作方法可以对熔池进行有效地搅动，有利于熔池内各种气体的逸出，防止产生气孔。且有利于焊缝内表面成型。(3)镍基合金的焊接要求采用较小线能量。大摇摆焊操作工艺具有细焊丝、小电流的特点，有利于防止焊接接头热裂纹。(4)镍基合金具有低熔透性的焊接特点。大摇摆焊操作工艺组对间隙大，主要控制焊缝坡口两侧的停留时间，可以对坡口两侧金属有效地熔合，增强焊接接头熔透。大摇摆对焊接熔池和热影响区有跟踪保护和冷却的作用，降低了焊接接头在敏化温度范围内的停留时间，避免晶界贫Gr、贫Mo，以提高焊接接头的抗晶间腐蚀性能。(5)大摇摆焊接操作工艺结构的装配间隙比较大，焊接填充金属量多，焊缝较宽，变形量大，如果装配控制不当，在一定程度上需要采取反变形措施。3应用效果大摇摆焊接工艺具有焊接合格率高、焊缝成形好、返修率低等的优点，对镍基合金的焊接尤为适合。在普光气田地面集输工程建设中得到了广泛应用，其应用效果良好，镍基合金管道的焊接一次合格率达到98%以上，大大降低了焊缝返修率，提高了焊接质量，加快了工程建设速度。参考文献：[1]中国石化集团第五建设公司.SH3501石油化工有毒可燃介质管道工程施工及验收规范.2001[2]中国石油和化工勘察设计协会，中油吉林化建工程股份有限公司等.GB50236现场设备、工业管道焊接工程施工规范.20111991年毕业于承德石油高等技术专科学校焊接工艺与设备专业，现在中石化江汉油建工程有限公司从事项目管理工作。发表专业学术论文2篇。