雙人同步TIG焊在制作液氧液氮貯槽中的應(yīng)用

■ 趙成剛，耿忠權(quán)，趙 亮，喻政國(guó)

1. 概述

在鞍山鋼鐵公司的5組35000m3/h制氧工程中，液氧液氮貯槽材質(zhì)為SUS304鋼，壁厚為6mm，貯槽高約12m，直徑約10m，焊接工作量很大。若采用常規(guī)的焊條電弧焊或者單人雙面TIG焊制作方法，既要開(kāi)坡口，焊接后還要清根，再封底焊，不僅增加了焊接工作量，還增加了焊接材料的消耗。為能提高生產(chǎn)率，降低成本，特提出采用雙人同步TIG焊新工藝在SUS304鋼焊接中進(jìn)行探索和嘗試。

2. 雙人同步TIG焊試驗(yàn)

（1）SUS304鋼的特點(diǎn) 簡(jiǎn)單的說(shuō)SUS304鋼就是304不銹鋼，相當(dāng)于我國(guó)的06Cr19Ni10(0Cr18Ni9)。SUS是日本材料標(biāo)準(zhǔn)，304不銹鋼是按照美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的不銹鋼牌號(hào)。SUS304含鉻量在18%以上，含鎳量在8%以上，在室溫下呈單相奧氏體組織，具有高的耐蝕性，在低溫、室溫及高溫下均有較高的塑性和韌性，以及較好的冷作成形和焊接性。但室溫下的強(qiáng)度較低，晶間腐蝕及應(yīng)力腐蝕傾向較大，不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化。

（2）雙人同步T I G焊操作方法 雙人同步T I G焊接就是兩名焊工分別在工件的正反面，沿同一方向同時(shí)進(jìn)行的手工鎢極氬弧操作的方法。在試驗(yàn)中利用雙面焊槍產(chǎn)生的電弧力作用形成一個(gè)向上、向中間的托力，并與熔池的表面張力共同對(duì)熔池起支承作用，從而防止了熔池金屬下淌而獲得完美的焊縫。因?yàn)閮砂押笜屳敵龅碾娀崃扛蛹?，在保證了焊透性和雙面成形的同時(shí)，可以大幅度降低焊接電流，控制熱輸入，減少焊縫在425~815℃的晶間偏析溫度區(qū)停留時(shí)間，雙面氬氣保護(hù)也防止了氫脆和氧化的產(chǎn)生。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)得出如下要點(diǎn)。

第一，盡量選用兩臺(tái)品牌、型號(hào)相同的TIG 焊設(shè)備，保證焊機(jī)的技術(shù)性能指標(biāo)相同，避免在焊接過(guò)程中相互干擾，破壞焊接熔池的穩(wěn)定性。

第二，雙人同步TIG焊只適合對(duì)接接頭焊接操作，并且在對(duì)接立位和橫位焊接最有優(yōu)勢(shì)，工程中的其他位置和其他接頭形式的焊縫不適合雙人同步TIG焊。

第三，通過(guò)試驗(yàn)確定：6mm的SUS304不銹鋼板I形坡口對(duì)接焊縫采用雙人同步TIG立焊、橫焊時(shí)，壁板裝配必須留有一定間隙才能保證熔透質(zhì)量要求。最佳裝配間隙為3~5mm，局部最大間隙不允許超過(guò)6mm，能實(shí)現(xiàn)美觀的雙人焊一次成形的焊縫。

（3）焊接參數(shù) SUS304不銹鋼雙人同步TIG焊電源極性采用直流正接。焊接時(shí)要求兩側(cè)焊接電流不能相差太大，否則焊接電流大的一方，焊接電弧力也偏大，會(huì)對(duì)另一方焊接熔池產(chǎn)生較大沖擊力，使熔池兩側(cè)控制能力失衡，造成焊縫表面質(zhì)量變差，焊縫內(nèi)部易產(chǎn)生缺陷。SUS304不銹鋼的熱導(dǎo)率數(shù)僅為普通碳鋼的1/3，故焊接過(guò)程中盡量減小焊接電流，控制熱輸入，減少在高溫區(qū)停留時(shí)間，防止產(chǎn)生晶間腐蝕。雙人同步TIG焊對(duì)焊接速度要求也十分嚴(yán)格，要求主槍在前，副槍在后，雙槍的焊接速度要保持一致，才能獲得優(yōu)質(zhì)焊縫。

3. 焊接工藝評(píng)定

（1）焊接工藝試驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù) 試板選用兩對(duì)板厚為6mm，尺寸為400mm×150mm，材料為SUS304不銹鋼板進(jìn)行雙人同步TIG立焊和橫焊試驗(yàn)。經(jīng)多次試驗(yàn)優(yōu)化，各項(xiàng)工藝參數(shù)為焊機(jī)選用同一廠家制造的ZX7—400STG逆變焊機(jī)，焊絲牌號(hào)H0Cr21Ni10，焊絲直徑為3.0mm，采用I形坡口形式。焊前進(jìn)行機(jī)械清理，清除表面氧化膜，焊縫間隙為3~4mm，施焊參數(shù)如表1、表2所示。

（2）焊接接頭質(zhì)量評(píng)定 本評(píng)定按NB/T47014—2011規(guī)定進(jìn)行焊接試件、檢測(cè)試樣、測(cè)定性能。經(jīng)鑒定焊縫圓滑過(guò)渡，色澤金黃，焊紋均勻，成形美觀，無(wú)表面缺陷；焊縫內(nèi)部無(wú)裂紋、氣孔、未焊透和未熔合等缺陷。各項(xiàng)力學(xué)性能滿足貯槽焊接技術(shù)條件要求，確認(rèn)試驗(yàn)結(jié)果合格。評(píng)定結(jié)果證明，制作板厚為6mm的液氧液氮不銹鋼貯槽，采用雙人同步TIG立焊和TIG橫焊，完全可以達(dá)到液氧液氮貯槽質(zhì)量要求。

4. 在液氧液氮貯槽中應(yīng)用

鞍山鋼鐵公司液氧液氮貯槽采用倒裝法施工。以儲(chǔ)罐罐底為基準(zhǔn)平面，先安裝頂層壁板和貯槽頂部，然后自上而下逐層壁板組裝焊接與頂起進(jìn)行制作安裝。所有對(duì)接立焊和對(duì)接橫焊縫全部采用雙人同步TIG焊。為保證貯槽的焊接質(zhì)量，雙人同步TIG焊接時(shí)，由一名焊工在設(shè)備的內(nèi)部，持主槍進(jìn)行焊接，選用較大的焊接電流，焊絲緊貼貯槽填入熔池；另一名焊工在貯槽外部，持副槍選用比主槍小5~10A的焊接電流進(jìn)行跟隨焊接，不填（或少添）焊絲，引導(dǎo)熔池金屬與母材熔合。副槍不能超前，間距不能超過(guò) 5~10mm，保持不大于一個(gè)熔池長(zhǎng)度，形成焊接熔池正反兩側(cè)始終處于氬氣的保護(hù)下，有效防止背面焊縫金屬“發(fā)黑”氧化。副槍操作者既要熔化接頭根部的填充金屬和母材金屬，又要用電弧力托住熔池金屬，避免因正面焊縫背透過(guò)多而產(chǎn)生焊瘤，從而形成焊道平直、成形美觀的金黃色焊縫外觀。

液氧液氮貯槽制作完成后，液氧液氮貯槽所有“丁”字形接頭對(duì)接焊縫全部100%射線探傷，其他對(duì)接焊縫進(jìn)行20%探傷檢查。經(jīng)雙人同步T I G焊接的對(duì)接立焊縫和對(duì)接橫焊縫探傷合格率達(dá)99%，達(dá)到了預(yù)期效果。

表1 雙人同步TIG 焊立焊焊接參數(shù)

表2 雙人同步TIG 焊橫焊焊接參數(shù)

5. 雙人同步TIG焊的評(píng)價(jià)

在制氧工程液氧液氮貯槽中應(yīng)用雙人同步TIG立焊和橫焊，既能減小焊接殘余應(yīng)力和變形，又能減少坡口加工及清根工序。不僅降低了制造成本，縮短1/3工程周期，而且無(wú)損檢測(cè)合格率達(dá)到了99%。目前這項(xiàng)工藝技術(shù)已在公司其他大直徑碳鋼、不銹鋼管道打底焊中推廣使用。

[1] 張應(yīng)力.新編焊工使用手冊(cè)[M].北京：金盾出版社，2004.

[2] 戴樹(shù)新.焊接生產(chǎn)管理與檢測(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[3] 雷世明.焊接方法與設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.