不锈钢高压供气管内焊缝成形技术——氩气保护“内填丝”焊接法

赵占胜

（陕西航天机电环境工程设计院有限责任公司，陕西 西安710100）

0 引言

21世纪以来，建设一个新型、多功能的航天发射场才能满足我国航天事业高速发展的需求，海南的0XX工程就是为了满足新一代无毒、无污染运载火箭和新型航天器发射任务的需求而诞生。新发射场建成后，主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。该工程中管道介质多样，包含氮气、氦气、氧气、煤油、液氮、液氧等；工作形式多样，包含配气台、换热器、各种高低压供气管道、真空阀门及管道等。管道对余高，流量保障，洁净度，可脱落物，多余物，氧化程度，焊接变形、空间尺寸的控制都成为焊接过程中的重要问题。经过现场反复试验，归纳总结，实践证明“摇把焊”加“内填丝”可以在不改变原有焊接设备的前提下解决以上问题，提高生产效率[1-2]，保证发射场建设质量，并在其他相关项目中推广。

1 焊缝质量要求

该项目中焊接质量要求高，在配气台管道为了保证供气流量所有直径小于20mm的管道要求通球检验，100%射线探伤，I级焊缝。室内、外线高压供气管道100%射线探伤，I级焊缝，内部无氧化物、可脱落物、多余物并且要求内焊缝余高均匀，焊缝光滑，颜色呈银白或金黄色。真空阀组件空间尺寸复杂，焊缝成形美观，真空度达到工艺要求。

2 产生的质量问题

在焊接过程中，对于直径小于20mm管道正面焊接观察困难，余高难控制均匀，导致通球检验通过率较低；对于室外高压管道现场焊接，内部氩气保护不好，造成内焊缝氧化，形成氧化皮容易脱落成为管道内多余物，焊缝内壁不光滑，颜色程黑色或灰色；对于低温真空管道及阀结构复杂，焊缝密集，焊接位置困难，容易变形，空间尺寸不合格，焊缝外观成型不好，容易产生缺陷，造成真空度达不到要求。

3 焊接质量问题带来的危害

配气台管道余高过高，会造成管道内壁严重“缩径”，造成供气流量受阻，增大管内气体的压力，而大口径管道内壁的氧化会造成内焊缝表面形成氧化层，在受到高压气体的冲击或震动时容易脱落，成为管道内多余物，损坏系统中的设备。真空阀空间尺寸的不合格会导致安装位置无法安装，真空度达不到要求，会成为不符合加工要求的报废品。

4 焊接原理

传统焊接管道是在管道圆周的12点方向，当电弧在焊道内烧焊，成熔池并打开溶孔后加入焊丝，反复此过程形成焊缝，在焊接高压管道时，由于高压管道管壁相对比较厚，就需要在焊接时采用较大的焊接电流，而为了做到单面焊双面成形以及焊缝的均匀美观就要保持每一个溶孔的一致性因此又要采用较慢的焊接速度，这就使得焊道中的温度过高，室外焊接时管道的内部又不能得到很好的氩气保护，就造成内焊缝的局部氧化、颜色发黑或发灰等现象，影响美观。并且由于焊道内过高的温度容易造成材质的变化，晶粒变得粗大，进一步影响焊缝的机械性能。

5 焊接方法

采用“内填丝”的焊接方法，是将焊接位置从12点改至5点位置，焊丝通过对接间隙从管壁内加入熔池，利用管道内不足的氩气对焊缝实施保护，把一个单面焊双面成型的过程便成了内壁的单面焊，单面焊无需开溶孔，可以使用较小电流和较快的焊接速度焊接，并且观察容易，从而保证内焊缝成型均匀、颜色完美、无氧化，并具有良好的机械性能。图1为焊接坡口形式，可以看出新方法与传统方法对焊接参数的影响甚微。图2为φ95×15厚壁不锈钢管与弯头的焊缝成形照片，在焊接完成后即达到内焊缝银色或金色，无夹渣、未熔合等焊接缺陷，外焊缝美观整齐。

图1 焊缝坡口形式

图2焊缝成形情况

6 结论

1）“内填丝”的焊接方法改变了传统的焊接方法，通过对电流以及焊缝熔池温度的控制，使得整个焊接过程中热输入量大幅减少，热影响区面积、焊接变形等焊接敏感因素得到有效控制。

2）施焊过程中，观察方便，保证内焊缝余高在3mm以内(Φ20以下管道小于1mm)，且成型均匀。

3）“内填丝”方法，减小了保护氩气的用量，提高了焊接速度，节约了成本，并且能够得到银色或金色的优质内焊缝，满足高要求条件下的焊接质量。

4）底层焊接，一次成型，X光探伤I级合格率99%，减少了返修率。

5）无需添加任何多余设备和多余工序，操作简易，方便快捷，效果显著。

［1］陈海华,张军华.小经管TIG焊打底内填丝技术[J].试采技术,2010(6),31(33):33-35.

［2］汪涛.加丝手工钨极氩弧焊工艺的研究与应用[J].湖北电力,2003(12),27(6):56-57.