不銹鋼高壓供氣管內焊縫成形技術——氬氣保護“內填絲”焊接法

趙占勝

（陜西航天機電環境工程設計院有限責任公司，陜西 西安710100）

0 引言

21世紀以來，建設一個新型、多功能的航天發射場才能滿足我國航天事業高速發展的需求，海南的0XX工程就是為了滿足新一代無毒、無污染運載火箭和新型航天器發射任務的需求而誕生。新發射場建成后，主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。該工程中管道介質多樣，包含氮氣、氦氣、氧氣、煤油、液氮、液氧等；工作形式多樣，包含配氣臺、換熱器、各種高低壓供氣管道、真空閥門及管道等。管道對余高，流量保障，潔凈度，可脫落物，多余物，氧化程度，焊接變形、空間尺寸的控制都成為焊接過程中的重要問題。經過現場反復試驗，歸納總結，實踐證明“搖把焊”加“內填絲”可以在不改變原有焊接設備的前提下解決以上問題，提高生產效率[1-2]，保證發射場建設質量，并在其他相關項目中推廣。

1 焊縫質量要求

該項目中焊接質量要求高，在配氣臺管道為了保證供氣流量所有直徑小于20mm的管道要求通球檢驗，100%射線探傷，I級焊縫。室內、外線高壓供氣管道100%射線探傷，I級焊縫，內部無氧化物、可脫落物、多余物并且要求內焊縫余高均勻，焊縫光滑，顏色呈銀白或金黃色。真空閥組件空間尺寸復雜，焊縫成形美觀，真空度達到工藝要求。

2 產生的質量問題

在焊接過程中，對于直徑小于20mm管道正面焊接觀察困難，余高難控制均勻，導致通球檢驗通過率較低；對于室外高壓管道現場焊接，內部氬氣保護不好，造成內焊縫氧化，形成氧化皮容易脫落成為管道內多余物，焊縫內壁不光滑，顏色程黑色或灰色；對于低溫真空管道及閥結構復雜，焊縫密集，焊接位置困難，容易變形，空間尺寸不合格，焊縫外觀成型不好，容易產生缺陷，造成真空度達不到要求。

3 焊接質量問題帶來的危害

配氣臺管道余高過高，會造成管道內壁嚴重“縮徑”，造成供氣流量受阻，增大管內氣體的壓力，而大口徑管道內壁的氧化會造成內焊縫表面形成氧化層，在受到高壓氣體的沖擊或震動時容易脫落，成為管道內多余物，損壞系統中的設備。真空閥空間尺寸的不合格會導致安裝位置無法安裝，真空度達不到要求，會成為不符合加工要求的報廢品。

4 焊接原理

傳統焊接管道是在管道圓周的12點方向，當電弧在焊道內燒焊，成熔池并打開溶孔后加入焊絲，反復此過程形成焊縫，在焊接高壓管道時，由于高壓管道管壁相對比較厚，就需要在焊接時采用較大的焊接電流，而為了做到單面焊雙面成形以及焊縫的均勻美觀就要保持每一個溶孔的一致性因此又要采用較慢的焊接速度，這就使得焊道中的溫度過高，室外焊接時管道的內部又不能得到很好的氬氣保護，就造成內焊縫的局部氧化、顏色發黑或發灰等現象，影響美觀。并且由于焊道內過高的溫度容易造成材質的變化，晶粒變得粗大，進一步影響焊縫的機械性能。

5 焊接方法

采用“內填絲”的焊接方法，是將焊接位置從12點改至5點位置，焊絲通過對接間隙從管壁內加入熔池，利用管道內不足的氬氣對焊縫實施保護，把一個單面焊雙面成型的過程便成了內壁的單面焊，單面焊無需開溶孔，可以使用較小電流和較快的焊接速度焊接，并且觀察容易，從而保證內焊縫成型均勻、顏色完美、無氧化，并具有良好的機械性能。圖1為焊接坡口形式，可以看出新方法與傳統方法對焊接參數的影響甚微。圖2為φ95×15厚壁不銹鋼管與彎頭的焊縫成形照片，在焊接完成后即達到內焊縫銀色或金色，無夾渣、未熔合等焊接缺陷，外焊縫美觀整齊。

圖1 焊縫坡口形式

圖2焊縫成形情況

6 結論

1）“內填絲”的焊接方法改變了傳統的焊接方法，通過對電流以及焊縫熔池溫度的控制，使得整個焊接過程中熱輸入量大幅減少，熱影響區面積、焊接變形等焊接敏感因素得到有效控制。

2）施焊過程中，觀察方便，保證內焊縫余高在3mm以內(Φ20以下管道小于1mm)，且成型均勻。

3）“內填絲”方法，減小了保護氬氣的用量，提高了焊接速度，節約了成本，并且能夠得到銀色或金色的優質內焊縫，滿足高要求條件下的焊接質量。

4）底層焊接，一次成型，X光探傷I級合格率99%，減少了返修率。

5）無需添加任何多余設備和多余工序，操作簡易，方便快捷，效果顯著。

［1］陳海華,張軍華.小經管TIG焊打底內填絲技術[J].試采技術,2010(6),31(33):33-35.

［2］汪濤.加絲手工鎢極氬弧焊工藝的研究與應用[J].湖北電力,2003(12),27(6):56-57.