雙人同步TIG焊在制作液氧液氮貯槽中的應用

■ 趙成剛，耿忠權，趙 亮，喻政國

1. 概述

在鞍山鋼鐵公司的5組35000m3/h制氧工程中，液氧液氮貯槽材質為SUS304鋼，壁厚為6mm，貯槽高約12m，直徑約10m，焊接工作量很大。若采用常規的焊條電弧焊或者單人雙面TIG焊制作方法，既要開坡口，焊接后還要清根，再封底焊，不僅增加了焊接工作量，還增加了焊接材料的消耗。為能提高生產率，降低成本，特提出采用雙人同步TIG焊新工藝在SUS304鋼焊接中進行探索和嘗試。

2. 雙人同步TIG焊試驗

（1）SUS304鋼的特點 簡單的說SUS304鋼就是304不銹鋼，相當于我國的06Cr19Ni10(0Cr18Ni9)。SUS是日本材料標準，304不銹鋼是按照美國ASTM標準生產的不銹鋼牌號。SUS304含鉻量在18%以上，含鎳量在8%以上，在室溫下呈單相奧氏體組織，具有高的耐蝕性，在低溫、室溫及高溫下均有較高的塑性和韌性，以及較好的冷作成形和焊接性。但室溫下的強度較低，晶間腐蝕及應力腐蝕傾向較大，不能通過熱處理強化。

（2）雙人同步T I G焊操作方法 雙人同步T I G焊接就是兩名焊工分別在工件的正反面，沿同一方向同時進行的手工鎢極氬弧操作的方法。在試驗中利用雙面焊槍產生的電弧力作用形成一個向上、向中間的托力，并與熔池的表面張力共同對熔池起支承作用，從而防止了熔池金屬下淌而獲得完美的焊縫。因為兩把焊槍輸出的電弧熱量更加集中，在保證了焊透性和雙面成形的同時，可以大幅度降低焊接電流，控制熱輸入，減少焊縫在425~815℃的晶間偏析溫度區停留時間，雙面氬氣保護也防止了氫脆和氧化的產生。經反復試驗得出如下要點。

第一，盡量選用兩臺品牌、型號相同的TIG 焊設備，保證焊機的技術性能指標相同，避免在焊接過程中相互干擾，破壞焊接熔池的穩定性。

第二，雙人同步TIG焊只適合對接接頭焊接操作，并且在對接立位和橫位焊接最有優勢，工程中的其他位置和其他接頭形式的焊縫不適合雙人同步TIG焊。

第三，通過試驗確定：6mm的SUS304不銹鋼板I形坡口對接焊縫采用雙人同步TIG立焊、橫焊時，壁板裝配必須留有一定間隙才能保證熔透質量要求。最佳裝配間隙為3~5mm，局部最大間隙不允許超過6mm，能實現美觀的雙人焊一次成形的焊縫。

（3）焊接參數 SUS304不銹鋼雙人同步TIG焊電源極性采用直流正接。焊接時要求兩側焊接電流不能相差太大，否則焊接電流大的一方，焊接電弧力也偏大，會對另一方焊接熔池產生較大沖擊力，使熔池兩側控制能力失衡，造成焊縫表面質量變差，焊縫內部易產生缺陷。SUS304不銹鋼的熱導率數僅為普通碳鋼的1/3，故焊接過程中盡量減小焊接電流，控制熱輸入，減少在高溫區停留時間，防止產生晶間腐蝕。雙人同步TIG焊對焊接速度要求也十分嚴格，要求主槍在前，副槍在后，雙槍的焊接速度要保持一致，才能獲得優質焊縫。

3. 焊接工藝評定

（1）焊接工藝試驗各項參數 試板選用兩對板厚為6mm，尺寸為400mm×150mm，材料為SUS304不銹鋼板進行雙人同步TIG立焊和橫焊試驗。經多次試驗優化，各項工藝參數為焊機選用同一廠家制造的ZX7—400STG逆變焊機，焊絲牌號H0Cr21Ni10，焊絲直徑為3.0mm，采用I形坡口形式。焊前進行機械清理，清除表面氧化膜，焊縫間隙為3~4mm，施焊參數如表1、表2所示。

（2）焊接接頭質量評定 本評定按NB/T47014—2011規定進行焊接試件、檢測試樣、測定性能。經鑒定焊縫圓滑過渡，色澤金黃，焊紋均勻，成形美觀，無表面缺陷；焊縫內部無裂紋、氣孔、未焊透和未熔合等缺陷。各項力學性能滿足貯槽焊接技術條件要求，確認試驗結果合格。評定結果證明，制作板厚為6mm的液氧液氮不銹鋼貯槽，采用雙人同步TIG立焊和TIG橫焊，完全可以達到液氧液氮貯槽質量要求。

4. 在液氧液氮貯槽中應用

鞍山鋼鐵公司液氧液氮貯槽采用倒裝法施工。以儲罐罐底為基準平面，先安裝頂層壁板和貯槽頂部，然后自上而下逐層壁板組裝焊接與頂起進行制作安裝。所有對接立焊和對接橫焊縫全部采用雙人同步TIG焊。為保證貯槽的焊接質量，雙人同步TIG焊接時，由一名焊工在設備的內部，持主槍進行焊接，選用較大的焊接電流，焊絲緊貼貯槽填入熔池；另一名焊工在貯槽外部，持副槍選用比主槍小5~10A的焊接電流進行跟隨焊接，不填（或少添）焊絲，引導熔池金屬與母材熔合。副槍不能超前，間距不能超過 5~10mm，保持不大于一個熔池長度，形成焊接熔池正反兩側始終處于氬氣的保護下，有效防止背面焊縫金屬“發黑”氧化。副槍操作者既要熔化接頭根部的填充金屬和母材金屬，又要用電弧力托住熔池金屬，避免因正面焊縫背透過多而產生焊瘤，從而形成焊道平直、成形美觀的金黃色焊縫外觀。

液氧液氮貯槽制作完成后，液氧液氮貯槽所有“丁”字形接頭對接焊縫全部100%射線探傷，其他對接焊縫進行20%探傷檢查。經雙人同步T I G焊接的對接立焊縫和對接橫焊縫探傷合格率達99%，達到了預期效果。

表1 雙人同步TIG 焊立焊焊接參數

表2 雙人同步TIG 焊橫焊焊接參數

5. 雙人同步TIG焊的評價

在制氧工程液氧液氮貯槽中應用雙人同步TIG立焊和橫焊，既能減小焊接殘余應力和變形，又能減少坡口加工及清根工序。不僅降低了制造成本，縮短1/3工程周期，而且無損檢測合格率達到了99%。目前這項工藝技術已在公司其他大直徑碳鋼、不銹鋼管道打底焊中推廣使用。

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