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TIG焊接技术在不锈钢平焊法兰中的应用 |
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作者：广州高澜节能技术公司 温灿华 |
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不锈钢平焊法兰与不锈钢管件的固定运用TIG焊接技术，实行法兰密封面自熔焊接，法兰非密封面加丝焊接，以实现法兰连接功能。
钨极氩弧焊（TIG）是利用钨棒作为电极，以氩气、氦气等惰性气体为保护气体的一种焊接方法，用难熔金属作为电极，焊接过程中电极不熔化。因此焊接过程稳定，焊缝成形好，容易得到高质量的焊缝。适合于焊接铝及其合金、不锈钢、高温合金、钛合金及难熔的活泼金属（如钼、铌、锆等），因氦价格比氩气贵很多，故在工业上主要用氩气作为保护气体。
法兰连接就是把两个管道设备、管件，先各自固定在一个法兰盘上，两个法兰盘之间，加上法兰密封垫，用螺栓紧固在一起，完成连接。法兰连接使用方便，能够承受较大的压力，是管道施工的重要连接方式， TIG焊接是实现不锈钢法兰盘与不锈钢管件固定的首选方式。
焊接设备的选用
1.1焊机：选用钨极氩弧焊机，如WSM系列直流钨极脉冲氩弧焊机，该机具有电流缓升和电流衰减自动功能。
2焊枪：常用焊枪分为水冷式和气冷式，前者用于大电流（≥150A）焊接，后者用于小电流（≤150A）焊接。
焊接材料的选用
2.1 氩气：具有极好的保护作用，本身既不与金属起化学作用，也不溶解于金属中，使得焊接过程的熔池冶金反应显得简单和容易控制，因此为获得高质量的焊缝提供了良好的条件。电弧在氩气中燃烧非常稳定，在小电流焊接情况下（＜10A）仍然稳定燃烧，对于一般易氧化、氮化的活泼金属，高熔点的黑色金属以及异种金属都能进行焊接，在航空、原子能、石油化工、电站锅炉、机械等领域被广泛应用。为保证最佳焊接质量，通常都要求氩气纯度达到99.99%以上。
2.2 焊丝：氩焊丝型号比较普通的有304、308、308L 、316L等，选用原则为焊缝金属的力学性能应高于或等于母材规定的限值，当需要时，其他性能也不应低于母材相应要求；或力学性能和其他性能满足设计文件规定的技术要求。
2.3 钨极：因纯钨不易引弧，一般采用钍钨极或铈钨极。铈钨极的弧束细长，热量集中，寿命长，易引弧，更重要的是放射性危害比钍钨极小的多，因此推荐选用铈钨极作为钨极气体保护焊用电极。若钨极表面呈褐色、黄绿色或蓝色，说明端头氧化严重，应重新打磨后再使用。
焊接步骤：
3.1 母材要求：平焊法兰、管件采用304、304L、316、316L型号不锈钢，且法兰与管道使用相同型号不锈钢为佳。平焊法兰的内孔直径d1略大于管道外径D2，理想值：d1=D2+0.5mm±0.1mm。管道壁厚t=0.6～5.0 mm,管道外径D2=6mm～500mm。
焊前清理 ：TIG焊接过程中对污染极为敏感，因此焊前必须对焊件的焊接位置处进行清理。首先，清理管道及法兰焊接处毛刺，以防止焊接过程中产生氧化皮，其次，清理焊接处油污，一般选用丙酮或酒精对焊处两侧20～50mm范围内去油脱脂。然后管道从法兰非密封面穿入法兰内孔，直到距离法兰密封面2～3mm的距离。
图一 法兰与管道焊接示意图
位置1（见图一）的焊接：
焊接位置1实施自熔焊接，无须加丝。
调节焊接电流： 钨极氩弧焊的焊接电流通常是根据工件的材质、厚度和接头的空间位置来选择的，焊接电流增加时，熔深增大，焊缝的宽度和余高稍有增加，但增加很少，焊接电流过大或过小都会使焊缝成形不良或产生焊接缺陷，此位置的焊接电流调至80～110A较好，理想电流值为90A,点焊时焊接电流调至150～180A较好，理想电流值为160A。
调节氩气流量： 氩气流量过小，保护气流软弱无力，保护效果不好，易产生气孔和焊缝被氧化等缺陷；若气流量过大，容易产生紊流，保护效果也不好，还会影响电弧的稳定燃烧。位置1的焊接不需要对零件充氩气保护，只需调节焊枪的气体流量，氩气流量调节到7～10 l/min较好。
确定焊接速度： 焊接速度增加时，熔深和熔宽减小，焊接速度过快，容易产生未熔合及未焊透，焊接速度过慢，则焊缝很宽，而且还可能产生焊漏、烧穿等缺陷。手工钨极氩弧焊时，通常是根据熔池的大小、熔池形状和两侧熔合情况随时调整焊接速度。
调整钨极伸出长度： 为防止电弧过热烧坏喷嘴，通常钨极端部应伸出喷嘴以外。钨极端头至喷嘴端面的距离为钨极伸出长度，钨极伸出长度越小，喷嘴与工件间距离越近，保护效果越好，但过小会妨碍观察熔池。焊接法兰时，钨极伸出长度为3mm～６mm较好。
图二 位置1焊前示意图
位置1点焊（见图二）： 焊接件法兰朝上放于旋转平台，采用手工方式对焊口进行点焊,熔融程度以对未来完整焊缝不产生影响为准,焊粒直径不应超过成型后焊缝宽度，管径在3″以下一般为4～6点，点数均布于环缝；3″以上一般为6～8点，点数均布于环缝。
焊接位置1连续焊接（见图二）： 钨极尖端距焊件距离 为2～3 mm,距边沿水平距离2～5 mm进行焊接 。按下焊枪上的起动按钮后，焊机开始工作，先提前送气后引弧进入正式焊接，引弧时避免钨极直接接触焊件，以防止焊缝金属夹钨，可靠的作法是焊枪倾斜，让喷嘴先靠到焊件表面上，然后使电极逐渐靠近焊接位置起弧。起弧前须用焊枪向始焊点提前1.5～4s送气，以驱赶焊接区的空气，焊接完成收弧时须防止出现弧坑及过早失去保护，一般TIG焊机都配备有电流自动衰减装置，停焊时焊接电流呈指数曲线下降，直至熄弧，这样可以防止产生弧坑裂纹，当没有电流衰减装置时，可逐渐提升焊枪，然后断电。此时焊枪仍须在终焊处停留3～10S，待钨极和熔池金属冷却后才停止送气和移开焊枪，以保证焊缝始末端的质量。
图三 位置1焊后示意图
焊缝检验（见图三）：焊缝须连续，熔接纹细密均匀，起收弧处无明显突出点，若焊缝中有气孔或针眼应重新焊接。
位置2（见图一）的焊接：
3.4.1管件壁厚≤3mm时，焊件需要充气保护。因管壁较薄，焊接时会焊透管道，若无气体保护，则管件内焊缝会出现黑色氧化皮，影响焊接质量。若管件壁厚＞3mm，则无须气体保护。
3.4.2 焊接位置2需要进行加丝焊接，一般选用直径2.0mm或2.4mm焊丝。焊丝选用标准参见2.2。
3.4.3调节焊接电流 ： 此位置的焊接电流调至85～110A较好，理想电流值为90A,点焊时焊接电流调至150～180A较好，理想电流值为160A。
3.4.4 调节氩气流量 ： 首先调节焊枪的气体流量，氩气流量调节到7～10l/min较好，若管件壁厚≤3mm，需要背部充气保护，对管件内充气时，应留适当的气体出口，防止焊接时管内气体压力过大。在根部焊道焊接结束前的25～50毫米时，要保证管内内充气体压力不能过大，以便防止焊接熔池吹出或根部内凹。最好从下部进入，使空气向上排出，并且使气体出口远离焊缝，背部充气保护的氩气流量调节到6～15l／min较好。
图四 位置2 焊前示意图
3.4.5 位置2点焊 （见图四） ：焊接件法兰朝下放于旋转平台，采用手工方式对焊口进行点焊,熔融程度以对未来完整焊缝不产生影响为准,焊粒直径不应超过成型后焊缝宽度，管径在3″以下一般为4～6点，点数均布于环缝；3″以上一般为8～12点，点数均布于环缝。
3.4.6 焊接位置2连续焊接（见图四）： 钨极尖端距焊件距离 为2～3 mm,距边沿水平距离2一5 mm进行加丝焊接。焊枪倾斜，让喷嘴先靠到焊件表面上，然后使电极逐渐靠近焊接位置起弧。填充焊丝应在焊件上形成熔池后才缓慢送至熔池前沿，不应直接送至熔池中心，焊丝不能离开氩气保护区，否则会被空气氧化，焊丝不能与钨极相碰，也不能扰乱氩气流。起弧前须用焊枪向始焊点提前1.5～4s送气，以驱赶焊接区的空气，焊接完成收弧时焊枪仍须在终焊处停留3～10S，待钨极和熔池金属冷却后才停止送气和移开焊枪，以防止出现弧坑及过早失去保护，从而保证焊缝始末端的质量。
图五 位置2焊后示意图
3.4.7 焊缝检验（见图五）： 焊接焊缝须连续，熔接纹细密均匀，起收弧处无明显突出点，若焊缝中有气孔或针眼应重新焊接。
3.5 焊后清除掉不锈钢表面的氧化皮、污物等，使焊缝获得清洁光亮的表面,从而有利于钝化膜的形成，以提高其耐腐蚀能力。
4. 保护效果评定 可以通过焊接区颜色大致评定，见下表
5.结论
TIG焊接技术实行法兰密封面自熔焊接，法兰非密封面加丝焊接可以很好的实现法兰与管件的焊接要求，保证焊缝内外成型均匀、美观，焊缝颜色为银白色，也符合法兰连接使用要求。
6 参考文献
陈祝年. 焊接工程师手册【M】.北京：机械工业出版社，2002.348～352，
368～373.
刘云龙. 焊工技师手册【M】.北京：机械工业出版社，2000.310～312.
NB/T 47015-2011(JB/T 4709) ， 压力容器焊接规程【S】.(end)
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(1/14/2013) |
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