低合金鋼管的焊接工藝及缺陷預防

陳茂軍(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

低合金鋼管的焊接工藝及缺陷預防

陳茂軍
(西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089)

采用氬弧焊打底，焊條電弧焊填充蓋面焊接Cr5Mn低合金鋼管，鋼管壁厚為12mm，焊接位置為水平固定全位置焊接，在焊接之前，調整好焊接工藝參數，焊接完畢以后，對焊縫外觀檢驗和X射線無損檢測，發現焊縫的表面出現少量微裂紋，內部有少量氣孔。為了保證焊縫的質量，對缺陷產生的原因進行分析并且采取正確的焊接工藝方法避免焊接缺陷。

低合金鋼管；TIG焊；工藝參數；焊接缺陷

合金鋼管主要應用于工藝要求嚴格,介質溫度、壓力比較高的工藝管道。因為合金鋼管具有較高的硬度，較高的抗高溫、抗高壓、耐磨等優良性能，因此成為企業確保安全，穩定生產的基礎，也是企業追求效益最大化的基礎，嚴格按照管道焊接工藝流程進行操作[1]。在本文中，采用氬弧焊打底焊接，手工電弧焊填充蓋面焊接，材料的規格為φ108×12mm，水平固定全位置焊接，焊前對材料進行除油、除銹處理，注意焊接的操作要領，焊接完成以后對焊縫進行外觀檢查和X-射線無損檢測，在焊縫表面出現少量的微裂紋，焊縫內部出現了氣孔等缺陷，對缺陷產生的原因進行分析，采用了相應的處理措施消除缺陷，保證焊縫質量。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

焊接所用母材為Cr5Mn鋼管,規格φ108×12mm,化學成分為：C≤0.15%, Mn 0.50～2.00%，Si≤0.9%，Cr 4.00～6.00%，P≤0.03%,S≤0.03%,Cu ≤0.75%, N 0.08～0.20%。焊條E5015的規格為化學成分：Mn 1.6%，Si 0.75%，S≤0.035%，P≤0.040%,Ni 0.30%,Cr 0.20%,Mo 0.30%,V 0.08%;焊絲ERJ50的化學成分：C 0.06～0.15%, Mn 0.9～1.5%,Si 0.45～1.15%, P 0.025%,S 0.025%,Ni 0.15%,Cr 0.15%, Mo 0.15%,V 0.03%。

1.2 焊接前的準備

在焊接之前，對焊接管進行加工成V形坡口試件，根據圖1管件樣的尺寸得知，焊管的規格為φ108×12 mm。焊接前應將焊絲放于木板上或木箱內，置于干燥處，焊前須用丙酮擦拭干凈，焊條采用堿性焊條，放在焊條烘干箱中進行烘烤1～2小時，烘干溫度為300～400℃，坡口內外兩側各20 mm范圍表面的油污、氧化皮應清除、保持潔凈。

焊接所用焊接設備采用山東奧太公司生產的ZX7-400STG逆變式手弧/氬弧多功能電焊機。為了保證焊縫的質量，焊縫的坡口間隙采取上大下小的原則，并且對工件進行固定，點固焊焊縫的長度約為10～15 mm。

圖1 焊接鋼管結構圖

1.3 焊接工藝參數

由于管壁厚為12 mm，焊接層數分為多層多道進行焊接，氬弧焊打底焊，焊條電弧焊填充蓋面，氬弧焊焊接的焊接工藝參數如下表1所示。

表1 打底焊氬弧焊工藝參數

1.4 實施焊接

焊接之前，把焊接工件固定在焊接夾具上，焊接采用水平固定全位置焊接，由于外徑較小，必須采取單面焊雙面成形技術[2]，先用氬弧焊打底，焊接的操作方法如下圖2和圖3所示[3]，焊接在管件的最下端處起弧，圖下圖3-a所示，焊絲從管件之間的間隙中伸入，在焊縫的背面添加焊絲，并向后輕輕撥動，保證焊縫的背面成形良好，當焊接到立焊位置，如圖3-b所示，此時不斷調整焊槍的角度和焊絲送入熔池中的方式，9點鐘至12點鐘位置，熔池金屬有下垂的趨勢，注意控制熔池的溫度，避免因熔池溫度過高在焊縫的背面出現焊瘤。當焊槍移動至12點鐘的焊接位置，如圖3-c所示，注意調整好焊槍的角度。

圖2 水平固定管起弧和收弧操作示意圖

(a) (b) (c)

對于用焊條電弧焊進行填充蓋面，在實施焊接時，焊槍與焊條的角度隨焊接位置的變化情況如下圖4所示[3]。

圖4 水平固定管焊接時焊條的角度

在進行焊條電弧焊焊接時，選用Φ3.2 mm堿性焊條，多層多道焊，運條時中間快、兩側慢，使坡口面母材充分融合。每層焊后應仔細清渣，鏟除飛濺，刷凈焊道[4]。

2 焊接質量檢測

焊接完畢以后進行外觀分析和X射線無損檢測，焊縫外觀成形良好，但焊縫的表面出現裂紋；對焊縫進行X射線檢測觀察，在焊縫的內部出現氣孔。對于各類缺陷，只有了解其產生的原因和危害性，然后采取相應措施防止缺陷并消除已經出現的缺陷，才有保證焊接質量[5]。

3 缺陷分析與預防措施

3.1 缺陷分析

裂紋是焊接施工中比較普遍而又十分嚴重的缺陷，它是在焊接應力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接頭中局部區域的金屬原子結合力遭到破壞而產生的[5]。對于焊縫缺陷產生的原因有很多因素造成的，對于裂紋缺陷，由于Cr5Mn材料及所使用的焊絲和焊條都含有較高的合金元素，合金成分含量越高，產生裂紋的可能性越大，焊接接頭在應力膨脹或收縮時，比自由移動的更容易產生裂紋；在對于焊縫中的氣孔產生原因，可能由于焊接速度太大、焊接電流過大和操作不當等因素造成的。

3.2 裂紋和氣孔的預防措施

在焊接過程中，經過外觀檢測和X射線無損檢測，外觀出現了表面裂紋，焊縫內部存在氣孔等缺陷，為了確保焊縫質量，從以下幾個方面進行預防。

(1)嚴格控制焊接工藝參數，降低冷卻速度，適當提高焊縫成形系數，采用小電流短電弧不擺動或小擺動的多層多道焊, 減少焊道氧化的程度[6]。

(2)合理選擇焊接工藝參數和線能量，如焊前預熱和焊后熱處理，合理控制好焊接層間溫度。

(3)堿性焊條在焊前要進行烘干處理，烘干溫度為350℃，烘干時間為1.5小時。

(4)焊接前清理待焊處母材表面20 mm處水分、油污、氧化物，鐵銹。

(5)降低焊接速度，使內部氣體容易溢出，合理調整焊接工藝參數。

4 結論

在本文中，采用氬弧焊打底，焊條電弧焊填充蓋面焊接壁厚為12 mm的低合金鋼管，焊接位置為水平固定全位置焊接，根據材料和壁厚，制定了氬弧焊和焊條電弧焊的工藝方法，闡述了打底焊接時不同位置，焊槍角度及送絲技巧，焊條電弧焊焊條的角度的變化，焊接結束以后，對焊縫進行外觀檢查和X射線無損檢測，外觀成形良好，但是在焊縫的表面出現了微裂紋，焊縫內部出現少量氣孔缺陷，對產生焊縫缺陷的原因進行了分析，制定了一些預防缺陷的措施來保證焊縫質量。

[1] 王恩立.淺談合金鋼管焊接工藝[J].科技情報開發與經濟,2011,(31).

[2] 舒旭春.小口徑合金耐熱鋼管焊接操作技術[J].焊接技術，2003,(1).

[3] 楊兵兵.焊接實訓[M].北京：高等教育出版社,2009，(3).

[4] 曲波，郭強,王金泉.12Cr1MoV鋼主蒸汽管道的焊接[J].新疆石油科技，2014,(1).

[5] 陳臨泉，王建華.壓力鋼管焊接常見缺陷成因分析與預防措施[J].水利水電施工,2012，(2).

[6] 黃福榮. OCr25Ni20 高鎳合金鋼管的焊接[J].化工建設工程,2002,(6).

[編校：楊 琴]

The Welding Process and the Defect Prevention Method of Low Alloy Tool Steel

CHEN Maojun

(Xi'anAeronauticalPolytechnicInstitute,Xi’anShanxi710089)

The method is designed by first using the argon arc welding as the backing, then welding Cr5Mn low alloy tool steel on arc welding filling capping. The thickness of steel pipe wall is 12mm, and the welding position is horizontal fixed position welding. Before welding，the welding parameters are adjusted, and after the completion of welding, a nondestructive testing of welding visual inspection and a X ray are made. A few micro weld cracks on the surface and some pores are found inside. In order to ensure the quality of welding, the reasons of the defects are analyzed and proper welding methods are adopted to avoid welding defects.

low alloy steel pipe; TIG welding; technology parameters; welding defects

2014-07-15

陳茂軍(1978- )，男，湖南邵陽人，講師，工學碩士，研究方向為焊接技術。

TG113.26

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1671-9654(2014)04-042-04