不銹鋼管道焊接防止背面氧化工藝探討

周文

招商局郵輪制造有限公司 江蘇南通 226100

將不銹鋼管連接到石化結構時，焊縫表面和熱影響區容易氧化和變色。為了確保鋼的耐腐蝕性，焊接后對焊縫進行酸洗和鈍化，在表面上形成致密層，但是不銹鋼管的內壁經常不能被酸洗和鈍化，從而嚴重減少了焊縫的酸洗和鈍化，使得不銹鋼管內的腐蝕性能降低。但是，整個焊接過程和施工措施很難保證后焊道和熱影響區的焊接質量。因此，應改進焊接工藝，并應采取措施防止背面氧化和變色。

1 現今不銹鋼管道焊中采用的焊縫背面保護方法

背面加襯墊法，具體操作是在焊縫背面加設襯墊以承托熔池金屬，以此實現對其冷卻凝固過程的控制，獲得良好的背面成形，因此也被稱作焊縫強制成形。該方法的主要形式有三種，分別是銅襯墊、焊劑襯墊和焊劑—銅組合襯墊。

采用熔化極藥芯焊絲氣體保護焊。具有自我保護作用的藥芯焊絲將焊劑包裹在內部，在焊接作業中，內部焊劑經高溫燃燒產生氣體和渣皮，對背面焊縫起自我保護作用，阻止氧氣和氮氣的侵入。自保護焊絲的應用優勢在于不受管材規格、焊接位置等客觀因素的影響，但由于其表面涂層的存在，可能會給操作人員帶來一定的不適感，如果焊工操作水平較低，很容易留下焊接缺陷。

管道焊口內側通氣保護。我公司不銹鋼管焊接作業中采用的保護氣體主要是氬氣，屬于惰性氣體。氬氣的特點是耐高溫且不與焊縫金屬發生化學反應，因此應用較為廣泛。管道焊口內側采用堵板封堵焊口兩側，焊口外側采用錫箔紙膠帶粘貼封堵。焊接時，采用預先通氣、施焊作業、滯后通氣工藝，外側粘貼得錫箔紙邊撕除邊焊接，防止氧氣侵入，從而保證焊縫內側不被氧化，保證打底焊縫的質量。

2 不銹鋼管道焊接背面氧化的原因及防止工藝的改進

不銹鋼管道在焊接過程中，其背部焊道表面和熱影響區容易出現氧化變色燒損的現象，損害不銹鋼的耐腐蝕性。為了保障不銹鋼管道的焊接接頭質量，不損傷不銹鋼材質原有的耐腐蝕性能，必須要對現有工藝進行改進，防止焊縫背面出現氧化燒損現象。

（1）采用氬弧焊單面焊雙面成形工藝時，管道焊口內側沒有充氬氣保護。焊把中的氬氣只能對施焊側的熔池起到保護作用，而背面沒有任何防護與空氣直接接觸，高溫的焊縫金屬與空氣中的氧發生化學反應，在背面焊縫形成氧化燒損.

（2）雖然對管道焊縫背面充惰性氣體進行了保護，但是由于充氣方式不當，致使氬氣在官腔內形成渦旋，很難將空氣置換徹底，這樣一旦開始焊接，未置換掉的殘余空氣中的氧氣與熔融金屬發生化學反應，導致焊道背面出現氧化燒損現象。

（3）在進行起弧或斷弧操作時，空氣會經由開啟的焊接坡口進入到里口，導致里口含氧量的增加，從而導致高溫焊道被氧化燒損。

（4）在進行填充和蓋面層焊接時，因焊接電流等參數控制不當，導致焊接熱輸入過大，引起焊道背面的氧化或燒損。

（5）保護氣的純度過低，未能起到對焊縫良好保護的效果。

（6）不銹鋼的導熱性較差，散熱效率也偏低，焊接作業中將長時間處于高溫狀態下，尤其是焊道和熱影響區部位，被氧化燒損的幾率大幅度提高。

基于以上各種因素，想要有效防止不銹鋼管道焊接背面氧化燒損現象的發生，可以從以下幾個方面入手對焊接工藝進行改進：

針對里口保護氣中混入過多氧氣導致焊道和熱影響區被氧化燒損的問題，只需要將保護氣中的氧氣排除即可。對此，我們采用錫箔紙和堵板等材料進行封堵，向管內充入氬氣將空氣置換出來，采用合適的充氣方式防止管內側出現氣體渦旋；同時可以提高保護氣純度，如采用純度為99.99%的氬氣作為保護氣。

采用置換方式排出不銹鋼管內空氣時，基于氬氣密度大于空氣的特點，應遵循低充高排的原則進行操作，并酌情增加操作時間。

在正式開始焊接前，提前充入保護氣，同時通過燃燒的電弧將其中混入的氧氣燒除，如此就可以從源頭上降低焊道背面被氧化的風險。同時，滯后停氣可以保障焊道在斷弧后的一段時間內仍舊處于氬氣的保護之中，直至順利冷卻。

在封坡口時采用具有良好密封性能的錫箔紙膠帶，防止焊接開始時空氣經由坡口進入管道。并使用具有提前送氣、滯后停氣功能的專業焊機和高頻引弧焊槍，邊撕紙邊焊接，撕開錫箔紙的焊口部位一次焊完，避免出現斷弧操作。

焊接過程中，盡量采用小參數對稱焊接，嚴格控制層間溫度，盡可能的提高焊接速度，最大程度的減少焊接過程中的熱量輸入，防止背面焊道在高溫下出現氧化燒損現象。

在焊接過程中在焊縫兩側可以纏繞循環水冷卻銅管進行降溫操作，或是在焊道兩側纏繞棉濕布，這樣可以加快焊道的冷卻速度，防止氧化燒損的發生。

3 結語

綜上所述，在不銹鋼管的焊接操作中，為了有效地防止在焊道的背面發生氧化和燃燒，有必要對現有的焊接工藝進行有針對性的改進。結合以前的操作實踐，導致焊縫后表面氧化的原因主要集中在焊炬的使用，保護氣體的填充方法和焊接參數的使用上。本文針對每種連接方式的缺點提出了適當的補救措施，例如更換專業的焊炬，改變充氣方式，提高保護氣體純度，使用小參數焊接，控制焊接溫度層等有效地解決了鋼管后部的氧化問題。希望能為改進鋼焊接工藝提供參考。