高合金小径管焊缝背面充氩保护工艺

1．传统保护方法及不足

T91、TP347H等高合金钢在火电、化工、核能等领域有着广泛的应用。这些材料在焊接时，焊缝背面必须进行有效地保护，才能避免根部氧化，以获得良好的焊缝成型和保证接头的机械性能。高合金钢小径管焊接时，工程上常采用的焊缝背面保护方法有：充氩气、氮气或者混合气体保护[1-3]、利用药芯焊丝或涂防氧化剂保护。但工程上常用的是保护效果稳定、适应性强、成本相对较低的背面充氩保护方法。

传统的背面充氩保护，是从管子的一端向焊接处充氩。如新建电厂过热器管焊接时，氩气通过输送导管由集箱的进口插入集箱管座进行充气。电厂过热器管高合金钢管检修时，则需先割开低合金钢管以进行充氩，然后将割开的低合金钢管焊接起来。采用这种工艺，虽然保护效果较好，但操作繁琐、困难，氩气消耗大，焊接效率低。特别是在新建大容量火电机组中，合金小管焊口数量非常多，上述缺点更加突出。因此必须对传统的保护方法加以改进。

2．新型保护装置及工艺调整

2.1 直吹式充氩装置

如果直接从焊接处充氩，操作更加简便，也能节省氩气用量。因此设计了图1所示充氩装置：

用易溶纸堵在坡口两侧200-300mm处形成气室。用φ10×1mm黄铜管压扁成图2所示的形状。焊接过程中保持一定的氩气流量。第一层焊道焊至接近充氩针时，拿掉充气针，继续焊完。

实际工程中发现这种装置存在以下缺点：

A．由于气室空间较小，当氩气流量小时，保护效果不好；加大氩气流量，则对焊接电弧产生影响，焊缝中易产生气孔；

B．保护效果一般，主要是空气不能完全排净；焊接次层时进一步加剧了背面焊缝的氧化。

采用此种保护方法典型的焊缝背面形貌如图４所示，背面焊缝成型尚可，但氧化较严重。

2.2 侧吹式充氩装置

采用图1 所示的充氩装置，但将充气针设计成图3所示，即将原充气针端部焊接密封，而在两个侧面分别钻3个φ2mm的小孔，让氩气从两个侧面向气室送气。同时对焊接工艺进行调整：打底焊接时保留充气针部位不焊，随即进行盖面层焊接，最后取出充气针，焊接层次封口。

此改进已先后在某些电厂工程上得到采用。工程实际应用表明，此种方法具有以下优点：

(1)操作简便。以前需2-3人完成的工作，现只需1人即可。充氩效率提高，焊工待焊时间大大缩短；

(2)氩气消耗大为降低。根据管子直径和焊口距充气点距离，传统充氩方法，氩气流量为10-20L/min,改进后氩气流量为6-10L/min，且充气时间大大缩短。据工程统计，此改进比传统方法节省氩气80%以上；

(3)保护效果良好。其典型的根部形貌如图5所示，背面焊缝成型良好，表面呈银灰色，未见氧化。

2.3 获得良好保护效果的技术关键

(1)气室密封性：气室应具有一定的严密性。对管径45mm以上的焊口，可在表面贴锡箔纸，覆盖部分坡口间隙；

(2)充氩位置：吊焊及斜焊位置时，充气针置于顶部；横焊位置时，充气针置于便于收口的位置；

(3)充氩时间：充氩一定时间后才能焊接；焊接次层时要继续充氩；

(4)点焊质量：若点焊焊缝背面保护不好，则需调整氩气流量或充气针位置，并需将点焊处磨掉重焊。