Φ32mm×5mm紫铜管道的焊接工艺

        [摘要]本文针对某单位自备制氧压缩管道焊接工程焊缝多处出现泄漏而无法使用的现状，通过对紫铜材料的焊接性分析，结合现场实际，重新制定了巾32mm×5mm紫铜管道的焊接工艺，成功解决了生产中的技术难题。
        [关键词]紫铜管道；焊接性能；焊接工艺
       1 前言
       某单位自备制氧压缩管道焊接工程焊缝多处出现泄漏，造成管道无法使用，停工停产。该管道材质为T2，规格为书Φ32mm×5mm。经了解情况发现：该管道采用气焊焊接，焊接前没有制定焊接工艺方案，所选焊材为黄铜焊丝，与母材不匹配，且焊工技术水平不高，焊缝成形较差，气孔、过烧等焊接缺陷明显。
通过对紫铜焊接性能的分析和现场实践，制定了采用钨极氩弧焊焊接紫铜压力输氧管道的工艺方案，通过工艺评定和实践，圆满解决了制氧压缩管道焊缝泄漏问题。
       2 紫铜的焊接性能分析
       对于紫铜的焊接，因其物理、化学性能与钢有很大差别，使得紫铜焊接比低碳钢焊接困难得多，主要容易出现以下问题。
       2.1 焊缝成形能力差
        虽然铜的熔点比钢低，但紫铜的导热性特别高，在常温下的导热系数比普通低碳钢大7倍，在1000℃时大11倍。焊接时若采用和低碳钢相同的工艺参数，因大量的热量被工件散失，焊接区难以熔化，造成填充金属与母材不能很好地熔合，容易形成未熔合、未焊透等焊接缺陷，并且随着母材厚度的增加，这一问题就显得更加突出。所以，紫铜焊接时，应采用热量集中的焊接方法，同时，焊接时应选择合适的预热温度。
        2.2 焊缝及热影响区的热裂纹倾向大
        由于紫铜没有固液共存的温度区间，所以产生热裂纹的倾向应该很小，但是，实际上在接头拘束很大时，也常常产生热裂纹，其产生原因主要有2个方面：首先，为了保证焊缝熔透，在紫铜焊接时，一般都需要较高的预热温度和采用较大的线能量。这样不仅使焊接应力增大，还容易使接头生成粗大的柱状晶；另一方面，因为晶问存在偏析的杂质，这些杂质可能是来自母材或焊接材料中的铅、铋等低熔点金属，也可能与焊缝的含氧量有关，这都将促使裂纹的产生。为防止裂纹的产生应注意以下几点：
        2.2.1.严格控制母材与焊材中的氧、铅、铋、硫等杂质的含量；
        2.2.2..采用热量集中的焊接方法，选择合理的装配、焊接顺序，尽可能降低接头的刚性。
        2.3 易出现气孔
       紫铜的焊接中，焊缝及熔合区均易产生气孔。其产生原因主要与氢的溶解度下降及冶金过程中氢和氧的反应有关。为防止气孔产生可采取以下措施：
       2.3.1..严格控制氧、氢来源，在焊前应仔细清除焊件和焊丝表面的吸附水分及氧化物；
       2.3.2.向焊缝加入一定量的脱氧元素，如硅、锰、铝、钛等，加强熔池的脱氧过程；
       2.3.3.采用预热等方法使熔池缓冷，以降低熔池冷却速度，创造有利于气体析出的条件。
       2.4 接头的力学性能差
       紫铜焊接接头的力学性能，尤其是塑性，比母材有较大下降。通常改善接头力学性能的措施主要有：2.4.1加强熔池保护和焊前清理，以控制和减少氧的来源；
       2.4.2.加入适当的合金元素，对焊缝进行合金化和变质处理，以细化晶粒和保证接头的力学性能；
       2.4.3.在制定焊接工艺时应合理选择焊接方法和工艺参数，防止接头晶粒粗化。
       通过以上分析，确定采用钨极氩弧焊焊接紫铜压力输氧管道，其优点是热量集中、焊接变形小、焊接质量高，尤其适用于有障碍物的全位置管道的焊接，且操作灵活、方便，焊缝成形美观，降低劳动强度和生产成本。
       3 焊接工艺
       3.1 焊前准备
       3.1.1.焊接设备与焊材的选用
       采用逆变焊机，直流正接。焊材选用SCu-2(丝201)，直径为3mm。
       3.1.2.清理
       焊前对管件坡口边缘和焊丝表面的氧化膜、油等污物都必须清理干净，避免产生气孑L等缺陷。清理后，用铜丝轮或不锈钢丝轮在坡口附近打磨，然后用无水乙醇把气剂301调成糊状涂于焊件坡口表面。
        3.2 预热
        焊前用氧一乙炔中JI生焰对坡口及其两端80～100mm范围内进行加热，加热温度为300～400℃(测温笔测试)，预热温度不宜过高，否则易使焊接接头的力学性能下降。
        3.3 焊接工艺参数
        紫铜焊接电流与加热温度的选择尤为重要，如果焊接电流过大，熔池形成速度较快，容易造成铜液流失，引起烧穿、塌陷等缺陷；如果焊接电流过小，母材较难熔化，熔深浅，易产生未焊透和熔合不良等缺陷。为适应全位置焊接及空间障碍较多的特点，我们确定了采用较小焊接电流的工艺方案，并通过适当提高预热温度来补偿焊接区热源不足。
        3.4操作工艺要点
        3.4.1焊接时采用左向焊为宜，弧长2-3ram之间，可作间隙停留，达到一定的熔深后，再添加焊丝向前移动。
        3 .4.2对口可采用夹具，保证接头装配间隙、错口量、角变形。但不许强制组对，否则在打底层焊缝中易产生裂纹。
        3.4.3焊枪、焊丝的角度，焊丝与管子切线的夹角为10°～15°，焊枪在不受障碍物影响的情况下，尽量保持与管子切线较大的角度，也可适当变换，但力求满足以下要求：容易观察熔池；熔池应始终处于氩气保护下；电弧对熔池前端焊道起预热作用。
        3.4.4焊接水平位置时，将焊缝从6点、12点处分为2个半圆，自下而上，分4段焊完，见图2所示。
        3.4.5打底焊接时，主要控制焊缝的背面成形。
        3.4.6仰焊部位起头操作：先在坡口内引弧，压低电弧拉至6点钟位置，焊枪横向摆动，使坡口根部熔化，每侧先少量焊1滴熔滴，然后对着中间JH1滴熔滴，移开焊丝，焊枪横向摆动，充分熔化已形成的熔池，然后焊丝紧贴坡口根部再送1滴熔滴，再充分熔化，依次循环，形成焊缝。
        3.4.7立焊接头处，先不加焊丝，充分熔化熔池，左侧加1滴熔滴，有侧加1滴熔滴，焊丝随焊枪摆动，有节奏地送进熔滴。
        3.4.8.平焊封口接头处，当焊至距对面焊缝3mm时，移开焊丝，焊枪作划圈动作，将对面焊缝充分熔化，再把焊丝从旁边送进，填满熔池，焊枪左右摆动，继续向前移动，搭接对面焊缝10mm时，填满弧坑，灭弧后，焊枪不许离开，继续保护熔池。
        3.4.9.仰焊部位、平焊部位、立焊部位焊丝送进特点：为了防止仰焊部位背面焊缝产生凹陷，焊丝要紧压坡口根部，有意地向根部送进焊丝。到平焊部位，焊丝端头应送到坡口较高一点的位置，不能送到坡口根部；立焊部位介于二者之间，以防焊口内形成焊瘤。
        3.4.10..层间温度不应低于预热温度，焊接过程中也可进行辅助加温。
        3.4.11..在焊接第2层焊缝之前，要用铜丝轮或不锈钢丝轮刷掉焊缝表面上的氧化物。
        3.4.12..焊接过程中仔细检查焊缝内外表面上是否存在未焊透、裂纹、表面气孔、焊瘤、来熔合等缺陷，发现后立即清除重焊。
        4 结束语
        通过采用钨极氪弧焊方法焊接紫铜管道，焊缝成形美观，经x射线无损探伤检验，符合Ⅱ级质量标准，经试压无渗漏出现，一次合格率达99％以上，证明其工艺方法是成功的、可行的。