1Cr18Ni9Ti不锈钢厚壁管全位置焊

刘有

中国能建东电一公司 辽宁省沈阳 市 110179

摘要：1Cr18Ni9Ti不锈钢因其具有优良的化学稳定性，在电力及石油化工行业得到日益广泛的应用，特别是在需要耐酸及耐高温管道中应用较广。因其介质多为易燃、易爆及有毒物，且压力较高，因此，对焊接质量要求很高。以往我们对于1Cr18Ni9Ti不锈钢厚壁管均采用TIG焊或手工电弧焊焊接，前者效率低，成本高，后者质量难以保证且效率低。为即保证质量又提高效率，我们进行了大胆尝试，采用TIG内外填丝法打底，MAG焊填充及盖面。经查阅有关资料及反复试验后，效果良好，质量效率都得到了保证，值得向大家推荐。

关键词： 全位置焊 充氩 TIG焊 MAG焊 混合气体

1Cr18Ni9Ti不锈钢线膨胀系数，热导率与碳钢及低合金钢差别较大，且熔池流动性差，因此焊接难度较大，特别在全位置焊接时更为突出，如果操作方法不当，还会出现焊缝成型不良，未焊透，内凹及背面氧化等缺陷。

目前TIG焊工艺比较成熟，且质量好，但对于MAG（Ar+1%~2%O₂）焊不锈钢，一般只用于平焊及平角焊，对全位置焊尝试不多，因为全位置焊时成型较差，在坡口中间呈凸起状，特别是在仰焊位置更为严重。经查阅有关资料及多次调整试验，我们认为在Ar中加入18%~25%的CO₂较为合适，因为CO₂多些可以起到冷却作用。最后选用75%Ar+25% CO₂混合气体，从而使焊缝平整，不至于凸起，达到成型良好的效果。

材质为1Cr18Ni9Ti管件规格为φ133*11mm不锈钢管为例，采用手工钨极氩弧焊打底，混合气体（Ar+ CO₂）保护焊填充及盖面，立向上的水平固定全位置焊接。

1、焊前准备

（1）清理油、污物，将坡口面及周围10mm内修磨出金属光泽；

（2）采用双面坡口，坡口角度为60度，挫钝边为0.5mm，装配间隙为3~4mm；

（3）管内充氩气保护；

（4）定位焊采用筋板固定（2点、7点、11点为筋板固定），也可采用坡口内定位焊，但必须注意定位焊质量。

2、TLG焊工艺参数

（1）采用φ2.5mm钨极，钨极伸出长度为4~6mm，喷嘴直径12mm，不预热，电源采用直流正接；

（2）其它工艺参数见表1

表1 TIG焊工艺参数

3、操作方法：

（1）引弧前应先在管内充氩气将管内空气置换干净后再进行焊接，在时钟6点位置前5mm处起焊，采用高频引弧，并提前5~10s送气，钨极端部距焊件2mm左右，引弧后先不加焊丝，待根部熔代形成熔池后，即可填丝焊接，为使背面成型良好，不产生内凹，在仰焊部位采用内填丝法焊接，即焊丝要顺着坡口沿管子切点送到熔池前端，熔化金属应送至坡口根部，为防止始焊处产生裂纹，始焊速度要慢些，并多填焊丝，电弧作横向摆动，两边稍作停留，焊丝均匀地、断续地送进熔池向前施焊。

（2）填丝过程中，焊丝不能与钨极接触，焊丝端部不得抽离保护区，以避免氧化，影响质量，填丝时切勿扰乱氩气气流，停弧时注意氩气保护熔池。

（3）焊后半圈时，电弧熔化前半圈仰焊部位，待出现熔孔时送给焊丝，前两滴可多给点焊丝，避免接头内凹，之后按正常焊接。

（4）收尾处打磨成斜坡状，焊至斜坡时暂停送丝，用电弧把斜坡处熔化成熔孔，最后收口，注意焊到后半圈剩一小时应减小内部保护气体流量，以防止气压过大而使焊缝内凹。

4、常见缺陷产生原因及预防

（1）未焊透：

焊接电流小，根部间隙小，焊接速度过快，送丝不到位等均易产生未焊透缺陷。根部间隙不能小于3mm,选用合适的焊接电流和正确调整焊枪角度就可避免产生未焊透。

（2）内凹：

装配间隙小，焊接过程中焊枪摆动幅度大，致使电弧热量不能集中于根部，产生了背面焊缝低于试件表面的内凹现象。电弧热量尽量集中于根部，仰焊部位多给点焊丝可避免内凹。

（3）氧化严重：

打底焊时，管内充氩装置未能起到良好的保护作用，焊缝背面将氧化。充氩装置尽可能与管子对严，不能留有间隙，对于无开口的长管线，在距焊缝两侧各200mm管径内壁塞上卫生纸或粘贴宣纸（适用于较大直径管线），用专用的充氩工具通过焊缝间隙充氩，管子的间隙用耐高温锡油纸贴上，这样就可以避免焊缝背面氧化。此外，焊接过程中对熔池及焊丝端头保护不良或焊丝表面有氧化杂质也会造成氧化严重。

（4）夹渣或夹钨：

焊接过程中，若焊丝端头在高温过程中脱离了氩气保护区，在空气中被氧化，当再次焊接时被氧化的焊丝端头送入熔池中，易形成夹渣、钨极与焊丝或钨极与熔池相碰后，未终止焊接，易造成夹钨。

5、MAG焊焊接工艺

（1）焊接参数

喷嘴直径为20mm，喷嘴至试件距离6~8mm，层间温度≤150℃，电源采用直流反接。

（2）其它工艺参数见表2

表2 MAG焊工艺参数

6操作方法

（1）焊前注意喷嘴、导电嘴是否清理干净，气体流量的大小是否合适，清理打底层表面，控制层间温度及调试电流与电弧电压的匹配。

（2）调整好焊接工艺参数，从时钟7点处起弧，提前5~10S送气，按逆时针方向先焊前半圈。焊枪与管子轴线保持垂直，因管子是圆的，所以焊枪角度要随时变化。焊接时采用小月牙形摆动，中间速度稍快，两侧稍作停留稳弧，保证熔合良好，使填充焊缝表面呈凹状，并低于母材表面2~3mm，填充焊时，不得熔化坡口棱边，以有利于盖面层焊接。后半圈填充，盖面仰焊接头时，可把前半圈引弧位置磨成斜坡，使后半圈接头时不至于产生缺陷。盖面时，应在坡口边缘稍作停留，以保证熔池与坡口更好的熔合。收弧时填满弧坑，并注意气体对熔池的保护。

（3）采用气体保护焊填充盖面时，焊丝伸出长度对焊接过程的稳定性影响较大，干伸长度在15~20mm之间。焊丝伸出长度过大，焊丝电阻增大，焊丝因过热而成段熔化，造成焊接过程不稳定，金属飞溅严重，焊缝成型不良。焊丝伸出长度过短，则喷嘴与工件距离缩短，焊接视线不清，同时若焊丝伸出长度过短，还会使喷嘴过热，造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴，从而影响气体流量。

7、常见缺陷的产生原因及预防

（1）氧化

气体保护焊线能量较大，层间温度较高，焊丝表面有氧化杂质，都会导致氧化，焊前清理，控制层温和用较小的线能量，都可以避免氧化。

（2）焊缝成型不良

应采用正确的焊接手法，随时调整焊枪角度，焊枪摆动幅度和频率要相适应，并注意两侧停留时间要稍长，喷嘴至焊件距离要保持一致。此外，在选用了75%Ar+25% CO₂混合气体之后，对焊缝成型有了很大的改善。

结束语

本工艺利用TIG焊电弧稳定，控制好，质量优的特点进行底层焊接，再用气体保护焊进行全位置填充及盖面焊接。气体保护焊因其设备不断改进，技术日益成熟且生产效率高，已成为当今焊接方法中的首选，必将给市场带来巨大效益。

综上所述，对于1Cr18Ni9Ti不锈钢厚壁管全位置焊，在采用了手工TIG焊打底，MAG混合气体保护焊填充盖面的焊接工艺后，焊接质量和生产效率都有了很大的提高，类似工艺已在某装置反应器配管中使用，效果良好。笔者认为这一高质量及高效率相结合的工艺必将在大管对接焊中得到扩广和使用。

6