火力發電機組常用奧氏體不銹鋼管TIG焊接工藝保護措施

湯亞杰

（上海電力股份有限公司吳涇熱電廠，上海　200241）

火力發電機組常用奧氏體不銹鋼管TIG焊接工藝保護措施

湯亞杰

（上海電力股份有限公司吳涇熱電廠，上海200241）

奧氏體不銹鋼合金成分高，并且由于其導熱率低，線膨脹系數大的物理特性，當采用TIG焊接時如不采取正確的保護措施，將不可避免的造成焊縫金屬過燒和焊縫根部表面金屬的劇烈氧化。本文著重闡述了目前火電檢修TIG焊接中，針對奧氏體不銹鋼管焊接所采用的防止氧化缺陷的工藝保護措施。通過采取必要和正確的工藝措施，將有效避免奧氏體不銹鋼管在焊接過程中產生金屬氧化的缺陷，獲得高質量的焊接接頭。

奧氏體不銹鋼管TIG氧化缺陷工藝保護措施

1　氧化缺陷的主要危害

奧氏體不銹鋼大量應用于火電廠化學系統管道、熱工儀表管、熱交換器管等方面，同時在鍋爐高溫過熱器和高溫再熱器管中也廣泛應用。奧氏體不銹鋼管在焊接過程中產生內壁嚴重氧化缺陷的焊接問題，在設備安裝和日常檢修中累見不鮮，這一焊接缺陷將大大縮短奧氏體不銹鋼管的使用壽命，導致焊接接頭早期失效，給設備安全運行帶來隱患。

2　常用奧氏體不銹鋼及焊接性能

奧氏體不銹鋼是在鉻含量為18%的鐵素體型不銹鋼中加入Ni、Mn、N等奧氏體形成元素而獲得的鋼種。在火電廠管道中常用的有18-8型（TP304）、18-12型（TP347）等。奧氏體不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能和優良的高溫熱強性能，比鐵素體/珠光體鋼更好的抗高溫氧化性能。但另一方面，奧氏體不銹鋼的導熱率只有普通低合金鋼的三分之一，線膨脹系數比普通低合金鋼高約50%，由于導熱性能差、線膨脹系數大，所以焊接應力和焊接變形較大。在焊接過程中易產生焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕、應力腐蝕、表面氧化等缺陷，給焊接工作帶來了很多不利影響。

3　奧氏體不銹鋼管TIG焊接背面保護措施的選擇

奧氏體不銹鋼管通常采用TIG焊接，即使是大口徑管道也采用TIG焊接打底層。由于不銹鋼和氧的親和力很大，如果不采取相應的保護措施，背面的焊縫金屬由于缺少氬氣的有效保護極易在焊接高溫下產生嚴重的氧化，造成合金元素燒損，從而使得焊縫金屬的力學性能和耐蝕性下降。為保證焊縫背面的焊接質量，必須采取有效的防護措施。

3.1采用管內充保護氣體的方法對焊縫根部進行保護

保護氣體根據材質的不同可以為氮氣、氬氣或混合氣體。目前，TIG焊接基本采用管內充氬的方法防止焊縫背面氧化。充氬方法主要包括整體充氬和局部充氬等。出于節約工程成本并同時滿足施工要求的考慮，通常采用局部充氬的工藝方法。管道內部局部充氬保護通常有兩種方法，一是置換充氬，將管子兩端距焊接部位一定距離用水溶性紙封堵，用氬氣將管內空氣置換出來，這種方法主要用于小口徑管道（見圖1所示）。

另一種是背充保護，它是利用充氬扁管伸到焊接部位的背面，以略小于正常氬弧焊的氬氣流量，對施焊部位跟蹤保護，這種方法主要用于板件及大口徑管的焊接（見圖2所示）。

3.2選用藥芯焊絲

選用藥芯焊絲進行TIG焊接是一種自保護焊接方法。藥芯焊絲在焊接過程中，藥劑會融化滲透到熔池的背面，在冷卻的過程中形成一層致密的藥皮覆蓋在根部焊縫表面，從而起到保護根部金屬不被氧化的作用。這種自保護焊接方法保護效果好、操作簡單，但也有一些難以克服的缺點。由于其在焊接過程中產生的藥皮滯留在管內難以去除，大量采用可能會造成管道通徑流量降低，甚至造成管道堵塞。因而在焊接潔靜度要求較高的管道或進行大批量焊口焊接時將無法采用。

目前，在電力檢修中通常采用充保護氣體的方式防止根部氧化。其優點是保護效果好、管內潔靜度高；缺點是工藝要求高，操作復雜和保護氣體消耗較多。藥芯自保護焊由于背部藥皮無法去除，所以除特殊條件下的個別小口徑管搶修外，一般不予采用。

4　充氬保護的工藝要點

（1）焊接時氣室內應提前送氣，待氣室內空氣排出后，方可施焊。焊接過程中應保持充氬氣流穩定。停焊時焊槍應滯后停氣，并在收弧處停留一段時間，避免收弧處的焊縫金屬表面在高溫下產生氧化。（2）氬氣流量應適中，流量過小保護不好，焊縫背面易氧化；流量過大會產生渦流，影響保護效果，同時由于氬氣流量過大而產生的氣室內部向外的氣壓會造成焊縫根部內凹的缺陷，降低接頭質量。（3）由于氬氣比空氣質量重，從較低位置充入氬氣容易保證氣室內獲得更高的氬氣濃度，充氬保護效果也就更好。（4）為了減少氣室內氬氣從對口間隙處的流失，焊接前可沿焊口間隙貼上鋁箔膠帶，僅留出可一次連續施焊的長度，通過邊焊邊揭去膠帶的辦法來提高充氬保護效果。（5）打底結束前應于焊口正面預留一處檢查孔，用手電和

············肉眼認真檢查焊縫根部成形情況，這樣可以及時發現焊接缺陷并及時采取補救措施。（6）保護的效果可通過焊縫金屬表面的顏色加以判斷：銀白或金黃色為最好；藍色為良好；灰色為不良；黑色則說明氧化已經較為嚴重了。

5　焊接技巧和對焊接參數的把握

奧氏體不銹鋼焊接線能量不但直接影響到焊接接頭的抗裂性能、耐腐蝕性能、焊接變形等，過高的線能量還會造成焊縫金屬的過燒和氧化。因此，奧氏體不銹鋼管道焊接時，在保證完全焊透、完全熔合的情況下，盡量采用小電流、低電壓（短弧焊）焊接，以減少熱輸量。

（1）焊槍和整個氣路氣密性應確保完好，氬氣純度≥99.99%，保護焊接熔池的氬氣純度是影響焊接質量的第一要因。（2）當焊接電流為50～150A時，氬氣流量為8～9L/m in，當電流≥150A時，氬氣流量可相應提高到9～12L/m in。（3）鎢極從噴嘴突出的長度不宜過長，以4～5mm為宜，在氣體保護遮蔽性差的地方應縮短到2～3mm，噴嘴至施焊點的距離一般不得超過10mm。（4）焊接奧氏體不銹鋼時，焊接電弧長度保持在1～3mm為宜，隨著電弧長度的增加保護效果會隨之變差。（5）為使氬氣充分保護焊接熔池，鎢極中心線與焊件應保持80～85°角左右，填充焊絲與焊件表面夾角應盡可能地小，一般應保持在≤10°。（6）TIG打底的焊層厚度不宜過薄，應保持在2.5mm左右為宜，同時將焊接速度控制在不低于4cm/m in，這樣可以有效避免在焊接中間層的過程中，焊縫根部表面由于高溫而產生氧化。（7）盡可能采用連續送絲法焊接，這樣有利于控制焊接熔池溫度，減小高溫區范圍，提高氬氣保護效果，有效避免金屬表面氧化。（8）在有氣流影響的地方施焊，應做好必要的防風遮蔽措施，保證焊接順利進行。

6　結語

雖然奧氏體不銹鋼的導熱率低，線膨脹系數大，在焊接過程中極易由于高溫造成金屬過燒和表面金屬氧化的缺陷，但只要充分了解并掌握其材料特性和焊接性能，在焊接過程中正確把握焊接工藝參數，選擇正確的焊接保護工藝措施，并能夠掌握熟練的焊接操作方法，就可以獲得高質量的焊接接頭。

［1］火力發電廠焊接技術規程.DL/T869-2012［S］.

［2］杜文敏.火電廠金屬材料焊接技術與管理［M］.中國電力出版社，201 2.

［3］許江曉.電站金屬實用焊接技術［M］.中國電力出版社，2011.