药皮焊丝在不锈钢管道打底焊中的应用
中油六建一分公司刘鸿坚李祺泉
当前，不锈钢管道焊接常规方法是采用实芯焊丝氩弧焊进行打底焊，为防止焊道内表面氧化，管道内壁必须填充氩气进行保护。在兰州石化公司6000吨/年超稳分子筛装置中，我们采用了药皮焊丝手工钨极氩弧焊进行了多种规格不锈钢管道的打底焊，利用药皮形成的渣自保护焊道，管道内不需要填充氩气。同常规的焊接方法比较，能有效地提高工作效率，降低生产成本，且焊接质量更易于控制，取得了良好的应用效果。下面结合兰州石化公司6000吨/年超稳分子筛装置，重点对药皮焊丝氩弧焊在不锈钢打底焊中应用的优缺点进行阐述。
1、概述
兰州石化公司6000吨/年超稳分子筛装置不锈钢管道材质主要为0Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9两种，主要规格数量见表一，折合焊口总数约2200道（折合成DN100）。
表一不锈钢管材规格数量列表
管径(mm) φ530 φ377 φ325 φ273 φ219 φ159 φ108 φ89 φ57 φ32 φ530 厚度（mm） 5 8 4 4 6.5 6.5 5 4 4 3.5 3.5 5 数量(m) 30 68 87 113 33 42 67 156 1053 437 131 45 材质 0Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9 根据该装置材质的特点和市场情况，我们选用了日本进口的TGF308L药皮焊丝，该焊丝熔敷金属化学成分（%）见表二：
表二TGF308L（φ2.0）熔敷金属化学成分（%）
C Si Mn P S Cr Ni 0.022 0.50 1.25 0.024 0.004 19.80 10.06 从上表可以看出，该焊丝与18-8型奥氏体不锈钢相匹配，符合等化学成分的焊材选用原则。
施焊前按要求拟定了焊接工艺卡，并进行了焊接工艺评定，评定中发现背面焊道成形良好，射线照相检验和弯曲、拉伸、晶间腐蚀试验等均符合规定要求。评定合格后，在现场实际施焊中大面积采用了TGF308L焊丝进行0Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9管道的打底焊。以下就实际焊接操作中的具体问题作个简要说明。
2、实际焊接要求及主要控制点
2.1施焊所采用的焊接方法和焊接材料见表三：
表三焊接方法和焊接材料
材质 焊接方法 焊丝 焊条 打底焊 填充及盖面焊 0Cr18Ni9Ti 手工钨极氩弧焊（GTAW） 手工电弧焊（SMAW） TGF308L A132 0Cr18Ni9 GTAW SMAW TGF308L A102 2.2坡口型式选择应尽量符合减少填充金属的原则，并充分考虑焊接收缩变形（见图一所示）。
2.3氩气纯度要求不低于99.96%，以保证焊缝不出现气孔或被氧化。
2.4不锈钢管道焊接适逢兰州冬季，风速大，气温经常在-5℃～-15℃之间。焊接过程中搭设了防风雨棚，并在始焊处100mm范围内用氧乙炔火焰预热到15℃～20℃，避免湿气冷凝导致焊缝出现气孔。
2.5焊接前注意采用正确的焊机极性，在废料上调试好焊接电流。采用药皮焊丝进行打底焊时所用的电流电压等工艺参数见表四
表四焊接工艺参数
焊接位置 填充金属 焊接电流 焊接电压
（V） 焊接速度
Cm/min 牌号 直径mm 极性 电流（A） 水平固定或转动 TGF308L φ2.0 正极 60～85 10～12 6～10 垂直固定或转动 TGF308L φ2.0 正极 70～95 10～12 7～12 2.6施焊时要求采用短弧连续焊，尽量不采用灭弧焊，以避免空气进入熔池而产生气孔。
2.7施焊时尽可能采用小电流、快速焊，以达到小线能量的目的，可减少熔池在450℃～850℃敏化温度区的停留时间，降低晶间腐蚀倾向，同时也可防止产生热裂纹。
2.8考虑到兰州冬季风大，为防止管内出现穿堂风，焊接时采取措施封住两端管口。
2.9对于DN≥400的不锈钢管，由于不锈钢线膨胀系数较大，为了减少焊接变形，采用两个焊工对称分布，反向施焊。
3、采用药皮焊丝氩弧焊打底焊的优点
3.1生产成本大幅降低
根据经验，一瓶氩气用于管内充气时，可焊6～8道口（折合DN100），1kg药皮焊丝可焊15～20道口（折合DN100），1kg实芯焊丝可焊30～40道口（折合DN100），而兰州地区的焊材市场价格见表五。据此，当采用药皮焊丝氩弧焊进行打底焊时，1道焊口（折合DN100）的成本可由下式得出：
A＝原始成本X＋每道口消耗的焊丝成本＝X＋180／15＝X＋12（元）
当采用实芯焊丝管内充气氩弧焊进行打底焊时，1道焊口（折合DN100）的成本：
B＝原始成本X＋消耗的氩气成本＋消耗的实芯焊丝成本＝X＋90／6＋80／30＝X＋18（元）
显而易见，采用药皮焊丝氩弧焊进行不锈钢打底焊时，可以降低生产成本。
表五兰州地区焊材市场价格
物资名称 TGF308L药皮焊丝 氩气 不锈钢实芯焊丝 价格 180元/kg 90元/瓶 80元/kg 3.2工作效率显著提高
不锈钢实芯焊丝氩弧焊打底时，常见的充氩方式是焊口两端约150mm采用水溶性纸进行密封，从焊口处往管内充氩气（见图二所示）。
与之相比，采用药皮焊丝代替实芯焊丝，则可以省去管内充氩的一系列程序，简单方便，单道口的工作时间明显减少，整体效率也得到了提高。
3.3能有效地保证打底焊质量
常规实芯焊丝氩弧焊打底时，由于管内充气保护通常是采取在焊口两侧约150mm范围填充水溶性纸密封的方法，在打底焊最后阶段，必须先拔出充气胶管才能收口，若操作不当，极易造成收口焊道凹陷和氧化，对焊工提出了较高的要求。而采用药皮焊丝氩弧焊，则避开了这一难题。在6000吨/年分子筛装置中，在强调以上焊接要求及主要控制点的基础上，对不锈钢焊口进行射线探伤抽查共276张片（根据设计要求只对部分管线进行抽查），焊接一次合格率达97.5%，较好地控制了焊接质量。
4、药皮焊丝氩弧焊进行打底焊的局限性
4.1受管道清洁度的影响
由于药皮焊丝靠药皮形成的渣保护焊道不被氧化，打底焊道内表面形成了一层薄渣，用木锤敲击焊缝，渣一般可以脱落。但当管道内的清洁度要求极高时，则不宜采用。
4.2成本受各地区物价的制约
不同的地区氩气的价格相差甚远（表六）。当氩气价格较便宜时（低于60元/瓶），药皮焊丝氩弧焊与实芯焊丝氩弧焊比较，其经济性并不明显。
表六不同地区氩气市场价格（元/瓶）
地区 兰州 成都 独山子 河池 南宁 重庆 价格 90 79 140 70 68 60
5、结论
综上所述，采用药皮焊丝氩弧焊代替实芯焊丝氩弧焊进行不锈钢管道的打底焊，在成本和技术上都具有相当的优势，值得推广。当然，推广中应当充分考虑各地区的差异性。
联系人：刘鸿坚
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