小直径钢管体全熔透焊缝焊接方法的比较研究

小直径钢管体全熔透焊缝焊接方法的比较研究

黄世省

十一冶建设集团有限责任公司545007

摘要：本文主要对小直径钢管体全熔透焊缝焊接方法进行了比较研究分析，主要以焊条电弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）、钨极气体保护焊（GTAW）及熔化极气体保护焊（GMAW）这四种在实际生产中较为常用的焊接方法进行比较，从生产效率、实现焊接质量的难度、劳动强度以及技术的先进性和经济效益等方面进行分析和比较，并经过相关的试验和研究，发现熔化极气体保护焊在实际生产中的综合效益最优，对厚壁钢管埋弧焊效率最高，钨极气体保护焊的缺点主要是熔敷效率低，但质量相对可控；而焊条电弧焊较为灵活方便，具有较广的使用范围。

关键词：小直径；钢管体；全熔透焊缝；焊接方法；比较研究

引言

为了使得相关的研究和分析正确、合理且科学，小直径钢管体在本文中主要是指不适宜焊工在其内部操作的小直径碳素钢、低合金钢和奥氏体不锈钢筒体，内径小于等于600mm且壁厚大于等于3mm。小直径钢管体全熔透焊缝主要应用在压力容器工艺管道、压力管道等，从受力和安全的角度都必须要保证焊缝的质量符合相关规范的要求。目前在使用的一些焊接方法虽然也能够满足要求，但是对不同的焊接接头应该使用什么焊接方法是最为合理、科学的问题，没有引起各个方面的正确认识和足够的重视。我认为，在对小直径钢管体全熔透焊缝采用的焊接方法进行比选时，应从不同的焊接方法对不同类型的焊接接头的适用性进行研究分析，选择出最适用的焊接方法和工艺方案是十分必要，也是必须的。

1、常用的四种焊接方法的特点分析

小直径钢管体全熔透焊缝焊接常用的焊接方法是焊条电弧焊（SMAW）、埋弧焊（SAW）、钨极气体保护焊（GTAW）以及熔化极气体保护焊（GMAW）这四种方法的，本文仅就这四种比较常用的焊接方法的特点进行比较分析。

（1）焊条电弧焊（SMAW）的特点分析

焊条电弧焊（SMAW）最早是出现在二十世纪初期的时候，焊条电弧焊（SMAW）在发展的过程中也出现过辉煌的岁月，但是随着科学技术和社会的不断发展进步，一些先进的焊接方法开始在人们的生产活动中出现，焊条电弧焊（SMAW）就由于先进焊接方法的出现而逐渐的走向衰落。但是由于焊条电弧焊（SMAW）具有一些其他先进焊接方法所不具备的特点，例如：设备比较简单，成本较为低廉，使用灵活，可根据母材材质不同配制相应的填充金属和相应化学成分的药皮，以使填充金属的合金元素（化学成分）满足母材的性能要求，焊条电弧焊（SMAW）还具有环境适应性好等特点，所以在很长的一段时间内，虽然有先进的焊接方法的产生和使用，但是焊条电弧焊（SMAW）并没有被淘汰掉，仍然是在一段相当长的时期内发挥着重要的作用。特别是在特种焊接方面，仍然具有不可替代的作用。

（2）埋弧焊（SAW）的特点分析

埋弧焊（SAW）具有大电流、大熔深，美观的焊缝成形、可靠的焊接质量、远高于手工电弧焊熔敷效率等优势和特点，但是在小直径钢管体全熔透焊缝的应用还存在一些问题，例如：难以达到单面焊双面成形，在人工不能进入筒体内部操作时，内部焊缝质量难以保证。随着技术的发展，工业电视等一些灵敏度比较高以及反应速度比较快的传感器等的应用虽然解决了机头对焊缝的追踪，但是由于空间限制和埋弧焊（SAW）本身的局限性，对小直径钢管体全熔透焊缝进行焊接仍然难以解决底层焊缝质量的问题。埋弧焊（SAW）对于薄壁小直径钢管体的焊接也存在局限性。

（3）钨极气体保护焊（GTAW）的特点分析

钨极气体保护焊（GTAW）具有小电流焊接、操作性好，焊缝质量优的特点，特别在薄壁小管径筒体的焊接中具有较大优势，但对焊工的操作技能水平要求较高，且存在一个致命弱点：由于焊接的电流受钨极允许使用电流的限制，只能用小规范的参数焊接，熔敷效率低，焊接速度慢，一般仅仅是用在打底层焊接上。但是随着近年来，科学技术的发展和相关研究的进步发展，热丝TIG尤其是脉冲TIG自动焊辅以脉动送丝的焊接方式为小直径筒体焊缝的焊接开创了新局面。

（4）熔化极气体保护焊（GMAW）的特点分析

使用熔化极气体保护焊（GMAW）方法对小直径钢管体全熔透焊缝焊接，最大的特点就是采用可熔化的焊丝与焊件之间的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，这就使得熔化极所能够承受的电流密度要远远大于钨极，熔敷效率高，从而大幅提高生产效率。相较于焊条电弧焊，熔化极气体保护焊（GMAW）在焊接过程中电弧及熔池的加热熔化情况清晰可见，便于发现问题与及时调整，故焊接过程与焊缝质量易于控制，焊接过程没有熔渣，焊后不需要清渣，省掉了清渣的辅助工时，降低了焊接成本；相较于埋弧焊，熔化极气体保护焊（GMAW）可全位置焊接，且易于实现单面焊双面成形。从生产效率、加工成本以及综合效益比较，熔化极气体保护焊（GMAW）更加合适小直径钢管体全熔透焊缝的焊接。而且我们使用熔化极气体保护焊（GMAW）方法对小直径钢管体全熔透焊缝进行焊接的时候，熔化极脉冲气体保护焊也能扩展GMAW的使用领域，这是有利于单面焊双面成形厚板的根部焊道、厚板窄间隙焊以及热敏感性较强材料之间的焊接。

2、不同壁厚和直径钢管焊接方法的选择

生产效率、焊缝质量、劳动强度、技术先进性和经济效益是选择焊接方法的五个重要指标，不同材质、直径、壁厚的小直径钢管，以及不同的焊缝质量要求，在选择焊接方法时的侧重点也不同，哪一种焊接方法是最好的，很难进行衡量判断，而且在实际应用中很多情况下会有多种焊接方法的组合应用。

（1）对于壁厚大于等于20mm钢管的焊接

小直径钢筒体壁厚超过20mm的一般并不常见，主要是应用于高压工艺管道和高压管道，对于这类筒体焊缝的焊接最好的方案就是V型或U型坡口，打底层单面焊双面成形，如下图1所示。

由于壁厚较薄，热传导快，使用小规范、热源集中的焊接方法比较容易获得质量合格的焊缝。对于此类焊缝不适宜使用埋弧焊，采用焊条电弧焊也很难保证焊缝质量。比较理想的焊接方法是采用熔化极气体保护焊（GMAW）和非熔化极气体保护焊（GTAW）。当直径较大（Φ≥57mm）时，宜采用熔化极气体保护焊（GMAW）焊接，采用富氩气体保护，焊缝质量更为理想。而直径较小（Φ＜57mm）且壁厚较薄（3mm～4mm）时，采用非熔化极气体保护焊（GTAW）更容易保证焊缝质量。当壁厚较大时，采用非熔化极气体保护焊（GTAW）打底单面焊双面成形，熔化极气体保护焊（GMAW）或焊条电弧焊填充盖面可以提高焊接生产效率。

3、相关的结论

（1）经过上述的分析和研究，可以得出，小直径钢管体的焊接，采用熔化极气体保护焊（GMAW）具有较高的生产效率和较好的焊缝质量，而且综合效果也是最好的。

（2）埋弧焊（SAW）对于厚壁和直径较大的钢筒来说是十分实用的，在具备条件下，采用埋弧焊焊接可以获得质量稳定、成型美观的焊缝，且生产效率高。

（3）自动钨极气体保护焊（GTAW）方法是比较先进的，但是由于没有得到足够的推广，手工钨极气体保护焊（GTAW）方法又由于熔敷效率比较低，所以在使用的过程中是受到限制的。但是在薄壁小直径钢管中，手工钨极气体保护焊（GTAW）具有不可替代的作用。

（4）传统的焊条电弧焊（SMAW）方法是比较落后的，但是由于设备比较简单，焊接成本低，焊缝致密性好，在小直径压力钢管的焊接中也发挥着重要的作用。特别是在特种焊接方面，由于焊条药皮可以添加合金元素的作用，可以获得别的焊接方法无法获得的效果。。

4、结束语

本文主要是对小直径钢管体全熔透焊缝焊接方法进行比较研究，希望可以提供一些借鉴。

参考文献

[1]刘速志、许志强、罗全奎；小直径筒体全熔透焊缝焊接方法比较[J]；机械工程与自动化；2005（06）

[2]田锡唐；焊接结构[M]；北京；机械工业出版社；1989.