论文部分内容阅读
【摘 要】 TIG焊是手工非熔化极氩弧焊的简称，最常见的是手工钨极氩弧焊。压力管道的手工钨极氩弧焊打底在施工现场操作中受自然环境、焊接位置、组对间隙和焊工填丝手法等诸多因素影响，焊道背面特别是仰焊位易出现内凹缺陷，经过反复试验得出：用内填丝的方法可以解决这一问题。
【关键词】 小直径管；TIG焊打底；内填丝
一 、前言
在各类市政工程、锅炉、化工装置等高压管道管网建设过程中，管网流程的设计压力一般在10—25MPa之间，部分增压流程的设计压力甚至达到35MPa。因此对焊接质量的要求很高，按设计均要求氩弧焊打底。在焊接施工中，TIG焊打底是比较常用的焊接方法。其常见工艺为2—2.5mm间隙，在焊枪同一面填丝。这种填丝方法在仰焊位置时焊道背面易形成凹陷、未焊透等缺陷，所以对焊工的操作水平提出较高要求。野外高压管网施工工作量大、质量要求高，再加上野外条件的限制（管线不可能垫起很高，焊工焊接姿势一般是单膝跪地、下腰），所以原先单一的外填丝方法不能适应实际要求。为此应通过实践，探索新方法以解决上述问题。
二、焊前准备
2.1 施工準备
为保证施工工期和质量要求，将无缝钢管（材质为20钢）加工完坡口、防腐检验合格后运抵现场，沿设计线路布管（沿线已扫线），再用沙袋将每根钢管垫起30cm高。
2.2 焊前清理
由于氩弧焊在焊接过程中无脱氧作用，如果坡口不干净，在电弧作用下产生的有害气体不易从保护层逸出，焊缝中易产生气孔缺陷。所以对焊件和焊丝清洁程度要求严格。必须将坡口面及坡口两侧边缘各10—15cm范围内的油、锈、污垢用机械清理法去除，露出金属光泽。焊丝（H08Mn2Si）也要用砂纸清理打亮 。
2.3焊接设备
现场逆变焊机，型号：时代逆变WS-400或奥太ZX7-400STG。电流极性采用直流正接法。
2.4焊接接头坡口形式及尺寸
二、 焊接工艺参数的选择
打底焊所采用的主要工艺参数，如焊丝直径、焊接电流、氩气流量与一般氩弧焊时基本相同，常采用φ2.5mm的焊丝，钨极一般选用铈钨极，端部打磨成平底锥形（图2）。氩气流量随喷嘴直径和焊接电流的增大而相应增大，通常调节范围为8-15 L/min。对于20#钢，焊前一般不需要预热。表1为几种常用规格管道的打底工艺参数。
三、 焊接注意事项
3.1定位焊
根部定位焊缝是正式焊缝的一部分，其工艺要求应与正式焊接时相同。定位焊后要仔细检查定位焊缝是否合格，如发现裂纹、气孔等缺陷，应将此定位焊缝清除干净后重新进行定位焊。定位焊缝两端应加工成斜坡形，以便接头。定位焊的点数随管径增大而相应增多，一般为2-3处。定位焊缝的长度为8-15mm，厚度为3-4mm，定位焊缝位置见图3。
3.2打底焊缝尺寸
打底焊缝应具有一定的厚度，对于壁厚小于10mm的管道，其厚度不得小于2-3mm；壁厚大于10mm的管道，其厚度不得低于4-5mm。
α=250-300 l=8-15mm δ=3-4mm
四、打底焊操作技术
4.1 操作特点
TIG焊操作与焊条电弧焊不同，与气焊相似，一般是左手捏焊丝，右手握焊枪。钨极应伸出 喷嘴断面约6-8mm，电弧长度保持在2-4 mm，以保持电弧的稳定燃烧。为了加强保护效果，在不影响焊工视线的前提下，喷嘴与焊件应保持较大的夹角，一般在700-850间，而焊丝与焊件的夹角则较小，一般为150-200。
1-喷嘴 2-钨极 3-焊丝 4-熔池 5-焊缝
4.2 焊枪握法
右手握枪，中指触及管壁作为支点运弧，其余四指轻握枪把。
4.3 填丝
4.3.1 填丝的基本操作技术
全位置仰焊位内填丝多采用连续送丝方法。连续送丝时，要求焊丝比较平直，左手小指和无名指夹持住焊丝并控制方向，用大姆指和食指捏住焊丝填送。
4.3.2 填丝注意事项
a）必须等坡口两侧熔化后才能填丝，以免造成熔合不良。
b）焊接过程中焊丝端头应始终处在氩气保护区内。
c）钨极端部严禁与焊丝、焊件接触，防止造成夹钨。
d）送丝速度应与焊接速度相适应
e）特别注意的是要适应和克服送丝距离加长所引起的填丝不准的现象，以及小姆指和无名指长时间用力带来的不适感。
图5 连续填丝操作方法
4.4 起弧、收弧和接头
4.4.1 起弧
现场由于条件所限，多采用擦弧法引弧。方法是：确认提前供气后氩弧焊枪对准始焊处坡口，使钨极端部距离一侧坡口2-3mm，左手持焊丝快速擦过坡口和钨极，即可引燃电弧。
4.4.2 收弧
收弧不当，会影响焊缝质量，使弧坑过深或产生缩孔。野外作业，因无电流衰减装置，收弧时，应把电弧由焊缝中间引向坡口一侧，迅速熄灭电弧。对于管子封闭焊缝，最后的收弧，一般多采用稍拉长电弧，重叠焊缝10--15mm，重叠部分不加焊丝或少加焊丝。收弧后，氩气应滞后几秒关闭，防止焊缝金属和炽热的钨极在高温下氧化。
4.4.3 接头
接头是两段焊缝交接的地方，由于温度的差别和填充金属量的变化，接头处易出现超高、缺肉、未焊透、气孔等缺陷。所以焊接时应尽量避免停弧，减少冷接头次数。但实际操作中接头是不可避免的，所以要尽可能控制接头质量。方法是：①接头处要磨成斜坡，不能有死角；②从新引弧的位置要在原弧坑后面，使焊缝重叠10--20mm，重叠处不加或少加焊丝；③熔池要贯穿到接头的根部，确保接头处熔透 。
4.5 打底施焊
正式施焊分左、右两半圈进行，始焊的半圈从稍过6点的位置开始，焊丝、焊枪的角度见图6。电弧引燃后焊枪可稍作左右摆动，待两侧坡口根部有出汗现象时，左手迅速将焊丝从上部管口间隙插入管内，准确送入已经熔化的坡口处形成第一个熔池。右手焊枪继续稍作摆动，左手焊丝配合着连续送入即可进入正常焊接。前半圈焊道要超过12点位置8-10mm再熄弧，这样经过接头修磨后有利于后半圈焊缝的施焊。
需要注意的是：焊丝在管子的内部填送，且夹持处距熔池的距离较远，因此对于焊丝的稳定性要求特别高，且要保持基本平稳的连续填丝。在仰焊位置，焊丝与坡口的钝边保持0.5--1mm的间距，平焊位置时，焊丝与内壁的钝边基本平行，这样施焊，可保证焊缝背部不会出现凹陷，余高大约为0.5--1mm。
图6 焊丝及焊枪配合角度
五、结论
采用内填丝工艺，可以有效解决管道全位置仰焊位置打底焊缝的内凹、未焊透缺陷，焊缝接头一次检验合格率达98%，满足了设计要求。同时采用了内填丝工艺后，对现场的垫起高度要求降低，减轻了前期工作量，减少了劳动强度，加快了工期。
【关键词】 小直径管；TIG焊打底；内填丝
一 、前言
在各类市政工程、锅炉、化工装置等高压管道管网建设过程中，管网流程的设计压力一般在10—25MPa之间，部分增压流程的设计压力甚至达到35MPa。因此对焊接质量的要求很高，按设计均要求氩弧焊打底。在焊接施工中，TIG焊打底是比较常用的焊接方法。其常见工艺为2—2.5mm间隙，在焊枪同一面填丝。这种填丝方法在仰焊位置时焊道背面易形成凹陷、未焊透等缺陷，所以对焊工的操作水平提出较高要求。野外高压管网施工工作量大、质量要求高，再加上野外条件的限制（管线不可能垫起很高，焊工焊接姿势一般是单膝跪地、下腰），所以原先单一的外填丝方法不能适应实际要求。为此应通过实践，探索新方法以解决上述问题。
二、焊前准备
2.1 施工準备
为保证施工工期和质量要求，将无缝钢管（材质为20钢）加工完坡口、防腐检验合格后运抵现场，沿设计线路布管（沿线已扫线），再用沙袋将每根钢管垫起30cm高。
2.2 焊前清理
由于氩弧焊在焊接过程中无脱氧作用，如果坡口不干净，在电弧作用下产生的有害气体不易从保护层逸出，焊缝中易产生气孔缺陷。所以对焊件和焊丝清洁程度要求严格。必须将坡口面及坡口两侧边缘各10—15cm范围内的油、锈、污垢用机械清理法去除，露出金属光泽。焊丝（H08Mn2Si）也要用砂纸清理打亮 。
2.3焊接设备
现场逆变焊机，型号：时代逆变WS-400或奥太ZX7-400STG。电流极性采用直流正接法。
2.4焊接接头坡口形式及尺寸
二、 焊接工艺参数的选择
打底焊所采用的主要工艺参数，如焊丝直径、焊接电流、氩气流量与一般氩弧焊时基本相同，常采用φ2.5mm的焊丝，钨极一般选用铈钨极，端部打磨成平底锥形（图2）。氩气流量随喷嘴直径和焊接电流的增大而相应增大，通常调节范围为8-15 L/min。对于20#钢，焊前一般不需要预热。表1为几种常用规格管道的打底工艺参数。
三、 焊接注意事项
3.1定位焊
根部定位焊缝是正式焊缝的一部分，其工艺要求应与正式焊接时相同。定位焊后要仔细检查定位焊缝是否合格，如发现裂纹、气孔等缺陷，应将此定位焊缝清除干净后重新进行定位焊。定位焊缝两端应加工成斜坡形，以便接头。定位焊的点数随管径增大而相应增多，一般为2-3处。定位焊缝的长度为8-15mm，厚度为3-4mm，定位焊缝位置见图3。
3.2打底焊缝尺寸
打底焊缝应具有一定的厚度，对于壁厚小于10mm的管道，其厚度不得小于2-3mm；壁厚大于10mm的管道，其厚度不得低于4-5mm。
α=250-300 l=8-15mm δ=3-4mm
四、打底焊操作技术
4.1 操作特点
TIG焊操作与焊条电弧焊不同，与气焊相似，一般是左手捏焊丝，右手握焊枪。钨极应伸出 喷嘴断面约6-8mm，电弧长度保持在2-4 mm，以保持电弧的稳定燃烧。为了加强保护效果，在不影响焊工视线的前提下，喷嘴与焊件应保持较大的夹角，一般在700-850间，而焊丝与焊件的夹角则较小，一般为150-200。
1-喷嘴 2-钨极 3-焊丝 4-熔池 5-焊缝
4.2 焊枪握法
右手握枪，中指触及管壁作为支点运弧，其余四指轻握枪把。
4.3 填丝
4.3.1 填丝的基本操作技术
全位置仰焊位内填丝多采用连续送丝方法。连续送丝时，要求焊丝比较平直，左手小指和无名指夹持住焊丝并控制方向，用大姆指和食指捏住焊丝填送。
4.3.2 填丝注意事项
a）必须等坡口两侧熔化后才能填丝，以免造成熔合不良。
b）焊接过程中焊丝端头应始终处在氩气保护区内。
c）钨极端部严禁与焊丝、焊件接触，防止造成夹钨。
d）送丝速度应与焊接速度相适应
e）特别注意的是要适应和克服送丝距离加长所引起的填丝不准的现象，以及小姆指和无名指长时间用力带来的不适感。
图5 连续填丝操作方法
4.4 起弧、收弧和接头
4.4.1 起弧
现场由于条件所限，多采用擦弧法引弧。方法是：确认提前供气后氩弧焊枪对准始焊处坡口，使钨极端部距离一侧坡口2-3mm，左手持焊丝快速擦过坡口和钨极，即可引燃电弧。
4.4.2 收弧
收弧不当，会影响焊缝质量，使弧坑过深或产生缩孔。野外作业，因无电流衰减装置，收弧时，应把电弧由焊缝中间引向坡口一侧，迅速熄灭电弧。对于管子封闭焊缝，最后的收弧，一般多采用稍拉长电弧，重叠焊缝10--15mm，重叠部分不加焊丝或少加焊丝。收弧后，氩气应滞后几秒关闭，防止焊缝金属和炽热的钨极在高温下氧化。
4.4.3 接头
接头是两段焊缝交接的地方，由于温度的差别和填充金属量的变化，接头处易出现超高、缺肉、未焊透、气孔等缺陷。所以焊接时应尽量避免停弧，减少冷接头次数。但实际操作中接头是不可避免的，所以要尽可能控制接头质量。方法是：①接头处要磨成斜坡，不能有死角；②从新引弧的位置要在原弧坑后面，使焊缝重叠10--20mm，重叠处不加或少加焊丝；③熔池要贯穿到接头的根部，确保接头处熔透 。
4.5 打底施焊
正式施焊分左、右两半圈进行，始焊的半圈从稍过6点的位置开始，焊丝、焊枪的角度见图6。电弧引燃后焊枪可稍作左右摆动，待两侧坡口根部有出汗现象时，左手迅速将焊丝从上部管口间隙插入管内，准确送入已经熔化的坡口处形成第一个熔池。右手焊枪继续稍作摆动，左手焊丝配合着连续送入即可进入正常焊接。前半圈焊道要超过12点位置8-10mm再熄弧，这样经过接头修磨后有利于后半圈焊缝的施焊。
需要注意的是：焊丝在管子的内部填送，且夹持处距熔池的距离较远，因此对于焊丝的稳定性要求特别高，且要保持基本平稳的连续填丝。在仰焊位置，焊丝与坡口的钝边保持0.5--1mm的间距，平焊位置时，焊丝与内壁的钝边基本平行，这样施焊，可保证焊缝背部不会出现凹陷，余高大约为0.5--1mm。
图6 焊丝及焊枪配合角度
五、结论
采用内填丝工艺，可以有效解决管道全位置仰焊位置打底焊缝的内凹、未焊透缺陷，焊缝接头一次检验合格率达98%，满足了设计要求。同时采用了内填丝工艺后，对现场的垫起高度要求降低，减轻了前期工作量，减少了劳动强度，加快了工期。