TIG 焊在天然气管道焊接技术中的应用

TIG 焊在天然气管道焊接技术中的应用 摘要：本文主要描述了天然气管道在TIG 焊焊接时，需要根据焊口的一些实际因素，选择合适的焊接设备和焊接材料。通过对材料本身成分分析，选择合适的焊接方法和焊接工艺进行焊接。对焊接之后接头进行检验，对常见的问题及缺陷进行分析，提出相应的解决方法和预防措施。

关键词:天然气管道；TIG焊；管道焊接；质量； 一、引言

目前天燃气行业管道的材质一般采用低碳钢，焊接方法通常采用手工电弧焊，这种焊接方法对焊工的技术水平要求较高，焊接好坏取决于焊工经验等人为因素，特别是无损检测的一次合格率偏低，即使是技术水平较高的焊工，一次合格率也只有85%左右。而焊接受热面小径管比较成熟的方法是采用全氩弧焊接或氩弧打底、焊条电弧焊盖面的方法进行焊接。

二、TIG焊的应用及特点 钨极惰性气体保护焊英文简称TIG（TungstenInert GasWelding）焊。它是在惰性气体的保护下，利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接方法。其主要优点有焊接电弧为明弧，在焊接过程中易于控制可进行全位置焊接、打底时连弧焊接，没有熔渣，能确保打底质量，外径≤57 mm的管道一次成型，焊接速度快，质量高，钨极不容易熔化，易维持焊接过程的稳定电弧稳定，外观成型漂亮。

三、天然气管道TIG焊焊接工艺 3.1管道结构特点 天然气管道焊接一般采用的是对接的接头形式。如图3-1所示。因为管道结构承受较大的内部压力，因而要求焊接接头具有良好的气密性。因此在焊接施工过程中，在确保结构部件上焊接接头质量的同时，为了满足加工条件，既要提高生产率，又要通过改善制造时的作业环境来增加安全性。 图3-1天然气管道的接头 3.1.1管材成分及力学性能 成分是材料结构和性能的基础，能定量的分析出材料中各个组分的含量，对材料品质用途和选择合适的焊接工艺具有重要意义。管材采用12Cr1MoV钢，其化学成分见表2-1。

表2-112Cr1MoV钢的化学成分（质量分数/%）

C Mn P S Cr Mo V Fe 0.08~0.15 0.4~0.7 0.03 0.03 0.9~1.2 0.25~0.35 0.15~0.3 其余 3.1.2管材焊接性分析 管材焊接性的好坏取决于它的化学成分，影响最大的是碳元素。另外，母材中含有Cr、Mo、V等元素，在提高了钢的蠕变强度和组织稳定性的同时，这些强烈碳化物形成元素又增加了接头过热区产生再生热裂纹的倾向。12Cr1MoV具有更大的淬硬倾向，而使热影响区更易产生冷裂纹。

3.2焊前准备 3.2.1焊接使用材料及工具 根据所分析焊接接头的结构和成分，选择焊接工具和材料，如表3-1所示。 表3-1 使用的材料及工具 工件 12Cr1MoV φ100×6 mm 焊机 时代逆变 WS—350 焊枪 PQ—85/150型空冷焊枪 氩气流量计 AT—15/30 钨棒 铈钨极 φ2.5 mm 焊丝 H08Mn2SiA 氩气 纯度≥99.99% 3.2.2焊前加工清理及焊丝选用原则 (1)坡口形式为：70°V形坡口，对口间隙2~2.5 mm，钝边1~1.5 mm； (2)焊前清理用角向磨光机将坡口面及坡口两侧10 mm~15 mm范围内打磨至露出金属光泽，用圆锉，砂布清理管内侧锈蚀及毛刺，如有必要可用丙酮清洗坡口表面及焊丝。

(3)从焊接工艺试验的机械性能可以看出，H08Mn2SiA焊丝打底焊缝的抗拉强度均比其原焊丝H08A较高；焊缝中Mn、Si是主要合金化元素，也是一种较好的脱氧剂，Si脱氧能力比Mn要强，Mn和Si都能减少焊缝金属中的氧含量，改善焊缝金属的性能，防止气孔产生；另外，Mn可以提高焊缝的强度和韧性，而Si含量过多时，将会使焊缝金属的塑性和韧性降低。因此，必须使焊缝材料保持适当的Mn/Si比值，该比值愈高，焊缝金属的韧性愈好，一般认为Mn/Si＜2对焊缝韧性不利。

3.2.3焊接规范 已经确定了使用的工具及其材料，在焊接前调试好焊接的电流与电压值，匹配好氩气流，并且选择合适的送丝速度，如表3-2所示。

表3-2焊接参数 电流 /A 电压/V 钨极直径/mm 喷嘴直径/mm 氩气流L/min 钨极伸出 度/mm 80~100 15~17 2．5 8~10 5~7 约5~7 3.3焊接工艺 3.3.1定位焊 (1)点焊固定采取三点周向对称点焊固定方法，焊点宜小，先从一端始焊然后过渡到另一端，保证焊点熔透无缺陷。

(2)分半逆向焊接，为减少出现气孔可能性，在起焊的6点位置不设点焊固定点。焊枪与工件及焊丝间相对位置见图3-1所示。

图3-1天然气管道焊接接头剖面图 (3)定位焊缝操作要点：定位焊是焊缝的一部分，必须焊牢，不允许有缺陷。定位焊缝不能太高，以免焊接到定位焊缝处接头困难，如果碰到这种情况，最好将定位焊缝磨低些，两端磨成斜坡，以便焊接时接头容易。如果定位焊缝上发现裂纹，气孔等缺陷，应将其打磨掉重焊，绝不允许用重熔的办法修补。

3.3.2焊接操作工艺要点 打底焊应尽量一气呵成，打底层应有一定厚度，如果δ＞10 mm的管子，其厚度应≥4 mm。

(1)在仰焊位置6点以前的5~8处引弧，焊丝与坡口的钝边保持1~1.5 mm的间距，在平焊时，焊丝与内壁的钝边要平行，保持这样的间距，焊缝背部不会出现凹陷，余高大约0.5~1 mm，始焊时，在对口处形成熔池(不能击穿)将焊丝插入熔池中，借助电弧吹力，使熔滴挤入间隙内并透过，在两侧钝边处（已熔化）搭成“桥”，以该“桥”为基础逐步施焊。引弧部位在焊接方向前10 mm左右，绝不允 许在管壁上引弧，引弧后，电弧始终保持在间隙中心； (2)焊接过程中，由于管子水平固定，随着焊接位置变化，焊工的身体也随之移动，为保持平稳，进行仰位焊接时，可同时伸出手指支撑在管上；

(3)采用“二点法”焊接，控制弧长2~3 mm，对坡口根部两侧同时加热，摆动送丝，使焊丝端头始终处于氩气保护范围内，边熔化边送丝，焊丝不直接插入熔池。而位于熔池前方，焊丝端头应呈圆形，送丝动作干净利落，控制坡口两侧熔透均匀，以保证管内壁成形均匀；

(4)前半圆焊到平焊位置时，将弧坑填满，在12处收弧，以利于后半圆接头。后半圆在焊接前将接头处打磨出斜面至露出金属光泽，从仰焊位置起焊至平焊位置结束；

(5)收弧时．在熄弧前向熔池连送两滴填充金属．将熔池移至坡口一侧收弧。熄弧后将喷嘴罩住熔池，待完全冷却变暗后再移开。

(6)每半圆焊接一次完成，中途不停顿。如中途再度起焊，将端头打磨并使焊缝重叠5~7 mm；

(7)焊接时如发现电弧气氛呈蓝色，或者熔池有发泡现象，立即停下修磨，清除缺陷后继续焊接直至完成；

(8)焊接时要掌握好焊枪角度，送丝到位，力求送丝均匀，才能保证焊缝成型美观，焊第二层时，应注意不得将打底层焊道烧穿，防止焊道下凹或背面剧烈氧化。

3.3.3填丝注意事项 (1)必须等坡口两侧熔化后才能填丝，以免造成熔合不良，填丝时，焊丝应与工件表面夹角成15°左右。填丝要均匀，快慢适当，过快焊缝余量大，过慢则焊缝下凹和咬边，焊丝端应始终处在氩气保护区内。对口间隙大于焊丝直径时，焊丝应跟随电弧同步横向摆动，不得扰动氩气保护层，以防空气侵入。

(2)操作过程中如不慎使钨极与焊丝相碰，发生瞬间短路，将产生很大的飞溅和烟雾，会造成焊缝污染和夹钨，这时应立即停止焊接，用砂轮磨掉被污染处，直至磨出金属光泽。被污染的钨极，应在别处重新引弧熔化掉污染端部或重新磨尖后，方可继续焊接。

3.3.4收弧与接头 (1)收弧不当会影响焊缝质量，使弧坑过深或产生弧坑裂纹，甚至造成返修。收弧时，焊把应由内侧坡口处稍向外拉至电弧熄灭，并要注意控制速度，不能过快，以免产生缩孔。接头处所有焊缝无论有无缺陷都要用手砂轮修磨成斜面，然 后在焊接方向的反向10 mm处引弧，将焊把向回移动，直至把原焊缝3~5 mm长度全部熔化，才开始送丝，直到焊完整个焊口。最后收弧时，一般多采用稍拉电弧，重叠焊缝10 mm~20 mm，在重叠部分不加或少加焊丝，速度要快。停弧后，氩气开关应延时10 s左右在关闭，防止金属在高温下继续氧化。

(2)接头时，在熔坑中间或靠后些引弧形成熔池后便可填充焊丝完成接头，“头与头”相接是在焊接水平或斜固定管时，当焊接另一侧的仰焊接头时，只以电弧将接头部位的原起始焊缝端部熔化，形成熔池，便可送丝，完成该处接头。

3.4收尾方法 焊接过程在收尾时，应将熔坑填满，把电弧拉向对口的一侧电弧熄灭，最后收尾时，将始焊侧的焊道端熔化，将已熔金属与新熔化的熔池相碰接，再将新出现的熔池填满连接在一起。如有条件可采用电流衰减法，焊接终止时，停止填丝使焊接电流逐渐减小，从而使熔池体积不断缩小，最后断电，焊枪停止行走。

3.5检验 3.5.1外观检查 1、物理尺寸：焊缝余高、高度差、宽度、宽度差、焊缝成形、焊缝直线度、错边量、角变形、焊脚高。

2、焊接缺陷：气孔、裂纹、未熔合。 3.5.2射线检验 常用的射线有Х射线，射线它适用于2~65 mm厚度的焊件内部的气孔、夹杂物、未焊透、未溶合、裂缝等缺陷。未焊透在胶片上是一条断续或连续的黑直线，照片上的位置多偏离焊缝中心，呈断续的线状，宽度不一致，黑度不均匀。气孔在胶片上的特征是分布不一致，有稠密的、也有稀疏的圆形或椭圆形黑点，其黑度一般是中心处较大而均匀地向边缘减小。夹渣在胶片上多呈现为不同形状的点或条状。裂纹在胶片上一般呈略带曲折的黑色细条纹，有时也呈现直线细纹；轮廓较为分明，两端较为尖细，中部稍宽，有分枝的现象较少见，两端黑度逐渐变浅，最后消失。

3.6常见缺陷及其预防措施 3.6.1裂纹 3.6.1.1、产生原因 在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，材料的原子结合遭到破坏，形成新界面而产生的缝隙。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征。