石油化工施工中的不鏽鋼管在焊接時,焊道表面和熱影響區容易氧化變色,為保證不鏽鋼的耐腐蝕性,在焊後對焊縫進行酸洗鈍化處理,使其表面形成一層緻密的氧化膜,但不鏽鋼管的內壁又往往無法酸洗鈍化,嚴重降低了不鏽鋼管內壁耐腐蝕性能。而一般焊接工藝和施工措施很難保證背面焊道和熱影響區的焊接質量(見圖1、圖2),所以必須改進焊接工藝,並採取措施來防止背面氧化變色。
圖1 背面焊道熱影響區嚴重氧化
圖2 背面焊道接頭局部氧化
不鏽鋼管焊接背面
表面容易氧化原因分析
1)背面充氬氣保護時,空氣在管內一直呈渦流狀運動很難徹底排凈,即便是延長置換時間,里口全密封狀態時氧含量可以達到<0.01%(體積分數),但是打開坡口開始焊接後,含氧量就會上升到0.05%(體積分數),甚至更高。較高的氧含量最終導致焊道背表面氧化而變成藍色或者紫色。
2)在現場施工中,焊工一般採用劃擦引弧的簡易氬弧焊焊槍,這種焊槍在焊接斷弧後使高溫的焊道瞬時失去氬氣的保護,導致每次收弧的接頭容易氧化變色。
3)每次起弧接頭時,由於空氣通過打開的焊接坡口處進入里口,此時正好里口氧含量較高,高溫的焊道容易局部氧化。
4)在填充和蓋面層焊接時,焊接電流較大、焊接熱輸入大,或者層間溫度高,焊道背面同樣會氧化變色。
5)氬氣純度低,含氧量高對焊縫的保護效果變差。
6)不鏽鋼導熱性差,為鋼的1/3,在焊接時熱量散發不出去,導致焊道和熱影響區溫度較高,從而更容易被氧化。
焊接工藝改進
1)里口保護氣中的氧氣是造成焊道和熱影響區氧化變色的主要原因,所以排除保護氣體中的氧氣就能解決氧化問題。改進工藝後採用純度為99.999%高純氬氣作為焊接氣體,用混合氣(5%H2+95%Ar)作為背面保護氣,利用氫氣和氧氣在高溫下的化學反應來降低管內的氧氣含量。
2)氬氣密度比空氣大,置換管內空氣時,採取低充高排的原則,同時適當延長充氣置換時間。
3)使用有電流緩升、電流衰減、提前送氣、滯後停氣功能的焊機和高頻引弧焊槍。在剛引弧時利用燃燒的電弧先燒損保護氣中的氧氣,避免了焊道起弧接頭時被氧化,在斷弧後高溫的焊道仍處於氬氣的有效保護下,防止了接頭的局部氧化變色。
4)增大噴嘴直徑,採用φ10～φ12mm的噴嘴,增加保護範圍。
5)封坡口採用密封性能好的錫箔紙膠帶,不能用紙膠帶。
6）最後的接頭收口時減小充氬氣流量,最好採用充氬氣流量不變,一側打開排氣的方法焊接效果最好。
7)道間和層間溫度控制不超過60℃,焊接中也可以採取在焊縫兩側纏繞有循環水的冷卻銅管或用棉濕布纏在焊道兩側進行降溫,減少焊道的高溫停留時間。
8)前三層採用熱輸入小的氬弧焊進行焊接,同時繼續對里口充氬氣保護,達到一定厚度後再採用焊條進行焊接。無論是氬弧焊還是焊條電弧焊焊接,電流儘可能小些,採用直線行走或者微擺動的運弧方法,在保證焊接質量的前提下焊接速度越快越好,從而降低焊接熱輸入,避免焊道溫度過高而氧化。