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2015 年12月1日

第9页

共9页

摘要：

本文依据低温液体储罐的使用温度低（-196℃以下），工作压力大（1.6MPa以上），A、B类焊缝进行100%射线探伤检测的特点。

从具体工作出发，对施焊准备、焊接过程等内容进行了阐述，重点论述了

A类焊缝采用等离子加MIG联合焊接技术。

关键词：

等离子焊接 MIG焊 工艺要求

一、产品简介

XXXX低温设备有限公司生产的2m3低温液体储罐属于Ⅱ类压力容器，罐体总高2720mm，有效容积为2.028m3，设计压力为3.5MPa，采用外胆、内胆加多层缠绕的方式绝热，设计使用温度为-196℃。

可盛装介质为Lin、LAr、LO2、LCO2。

罐体及管线采用S30408不锈钢制成。

其中内筒体和内封头厚度

为14mm，纵焊缝长1800mm，环焊缝长3543mm。

板材厚、熔宽熔深大、焊缝长，焊接时容易出现气孔、未焊透、咬边等缺陷且熔渣不易清理，必须准确调整焊接参数、控制焊接变形。

二、施焊前的准备工作

1.坡口形式

采用Y型坡口（单边坡口45°

，预留6mm钝边），如下图1：

2.坡口加工方法及修复清理

采用半自动铣边机，严格按照设计坡口尺寸进行坡口加工。

坡口面要求平整光滑，对加工好的坡口进行修复、打磨毛刺，为下一步的焊接质量提供前提保证。

3.焊接材料的准备

本储罐板材材质为14mm厚的06Cr19Ni10不锈钢，采用等离子打底焊接，气保焊填充盖面焊接的联合焊接方法。

其等离子焊接选用牌号为ER308，直径为φ0.8mm的焊丝，离子气和保护气体均为Ar气；

气保焊丝为ER308，直径为φ1.2mm，焊接气为Ar加O2，混合比是98％：

2％，保护气为Ar气。

焊前需检查焊丝的洁净度和气体的剩余量。

4.板材焊前预热

当焊件温度为-20℃～0℃时，应采用履带式电瓷加热的方法将其预热到15℃以上；

预热区在焊道两侧，每侧宽度均大于焊件厚度的两倍。

用红外线测温仪准确测温。

三、焊接顺序和焊接过程

1.纵焊缝的组对定位焊接，如图2：

（1）、间隙：

纵缝组对间隙，板材背面≦0.5mm，正面为≦1mm，间隙差值≦0.5mm，错边量≦0.3mm。

（2）、定位焊：

间隔200mm采用手工氩弧焊（ER308焊丝）进行点焊固定，焊点长10mm，宽5mm，起焊处间隔15mm连续焊接两点。

2.打底焊

等离子弧焊是利用等离子弧作为热源的焊接方法。

焊缝的深/宽比大，热影响区窄，工件变形小，具有较大的熔透力和焊接速度，因此我们选用等离子焊接进行打底焊。

等离子焊接对坡口的加工、组对的一致性要求比较高，为保证焊缝全焊透、背面成形美观，等离子打底焊接时需要填充一些焊丝，填充金属厚度控制在 2mm左右。

定位焊焊点的厚度、焊缝表面的清洁度和焊接参数决定着焊道表面的美观程度。

焊前，首先要将定位焊的焊点两端修磨成缓坡状，将其厚度和外形打磨相近，用酒精擦拭焊缝，随后用压缩空气将焊缝内深藏的铁屑吹干净，为了避免喷嘴触碰到 V型坡口面，喷嘴（直径4.0mm）

至工件距离为6～7mm；

然后检查焊枪密封圈是否完好，钨极内缩量是否符合要求（钨极留约0.5mm的平头，装正并内缩约2.8mm），用美纹纸胶带将筒体和芯轴粘上，防止背保气扩散（若气体保护不

良，焊道呈乌黑色）。

制作焊接工艺时需注意以下几点：

1、焊接电流过小，难于形成小孔效应：

焊接电流增大，等离子弧穿透能力增大，但电流过大会造成熔池金属因小孔直径过大而坠落，难以形成合格焊缝，甚至引起双弧，损伤喷嘴并破坏焊接过程的稳定性。

因此，在喷嘴结构确定后，为了获得稳定的小孔焊接过程，焊接电流只能在某一个合适的范围内选择，而且这个范围与离子气的流量有关。

2、如果焊接速度增大，焊接热输入减小，小孔直径随之减小，直至消失，失去小孔效应。

如果焊接速度太低，母材过热，小孔扩大，熔池金属容易坠落，甚至造成焊缝凹陷、熔池泄漏现象。

因此，焊接速度、离子气流量及焊接电流等这三个工艺参数应相互匹配。

3、喷嘴离工件的距离过大，熔透能力降低：

距离过小，易造成喷

嘴被飞溅物堵塞，破坏喷嘴正常工作。

与钨极氩弧焊相比，喷嘴距离变化对焊接质量的影响不太敏感。

小电流等离子弧焊接通常采用纯氩气作等离子气。

这是因为氩气的电离电压较低，可保证电弧引燃容易。

4、离子气流量决定了等离子流力和熔透能力。

等离子气的流量越大，熔透能力越大。

但等离子气流量过大会使小孔直径过大而不

能保证焊缝成形。

因此，应根据喷嘴直径、等离子气的种类、焊接电流及焊接速度选择适当的离子气流量。

打底焊后焊道背面成形如下图3：

3.气体保护焊

为了提高焊接效率，采用了MIG焊接，MIG焊的主要优点如下：

（1）在氩或富氩气体保护下的焊接电弧稳定。

（2）由于MIG焊熔滴过渡均匀和稳定，所以焊缝成形均匀、美观。

（3）电弧气氛的氧化性很弱，甚至无氧化性，MIG焊不但可以焊接碳钢、高合金钢，而且还可以焊接许多活泼金属及其合金，如：

铝及铝合金、镁及镁合金等。

（4）大大地提高了焊接工艺性和焊接效率。

为了保证质量、提高效率，我们采用直流反接法，使用直径1.2mm的ER308实芯焊丝，98％：

2％的Ar+O2作为焊接气体，99.9%的氩气做保护气体。

此时，还需要填充约7mm厚的金属才能完成焊接任务，其中，填充焊接需4mm厚，盖面焊接时焊道变宽，会设置焊枪横摆，所以填充金属厚度是3mm左右。

焊前要检查保护气是否充足、通畅，拖罩、焊垫成型槽等是否有漏气处，检查导电嘴的磨损情况。

焊丝的行走路线、角度、与焊件距离必须设计好，其依据熔池形状来确定。

采用右焊法短路熔滴过渡，小电流快速焊接，焊丝与工件夹角成85°

，距离工件6mm。

如下图3：

熔化极气体保护焊，由于是明弧焊接，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。

电弧电压不要太高，电流应控制在240A以内，电压在26V以内，焊接速度250mm/min左右，以此参数焊接，焊丝呈熔滴状过渡，焊接质量的可控性更强。

盖面焊前，要注意层间清理及温度。

将焊道表面的缺陷和氧化硅清理干净，不烫手后再进行盖面焊接。

坡口上表面宽度约为14mm，

需要设置焊枪的横摆功能，为了避免咬边，焊道余高呈外凸圆弧状，横摆距离和停顿时间要设计好。

电弧电压也需相应的增加，以保证与坡口完全融合。

此次焊接中，得出以下焊接工艺参数，见表1～2。

填充金属

牌号

直径

ER308

焊接

电流

A

0.8 245-255

电压

V

25-27

焊接速度 离子气 电源

cm/min L/min 特性

155-165

5.6

直流

正接

提前 滞后

送气 送气

S S

2 6

表1 PAW打底焊参数

焊接气

横摆

停留

表2 MIG焊工艺参数

层次 电流

速度 距离 时间

填充层

1.2

220-230

25-26

cm/min

260-270

L/min

18-20

mm

\

s

盖面层

210-220

3

0.5

焊接过程中如果出现焊偏造成夹渣等缺陷.及时修补，注意焊缝前后的高低，保证盖面时焊缝余高控制在（0.5-1）mm，焊缝宽度要一致，焊缝成型要美观（见下图4）。

四、焊缝质量检验

待焊缝完全冷却后经X射线探伤，结果按焊缝长度计算，合格率达到98﹪以上。

五、结束语

本批次的2m3低温液体储罐采用了开Y型坡口、等离子和MIG联合焊接的方法，焊接过程中根据实际情况及时对焊接工艺进行改进。

同V型坡口MIG焊接相比，大大提高了生产效率和质量，节省材料的同时也减小了焊接变形量。

确保焊接任务按时完成，实现了预期计划。

参考文献

[1]《固定式真空绝热深冷压力容器》中国标准出版社出版发行。

[2]《焊接工程师手册》陈祝年 编著

[3]职业技能鉴定指导《电焊工（初级、中级、高级）》中国劳动出版社中国劳动社会保障出版社