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荣成学院专业：

焊接10-1班

任务起止时间：

2012年5月7日至2012年6月22日

毕业设计（论文）题目：

天然气管道的TIG焊焊接技术

指导教师对毕业设计（论文）的评语：

指导教师签名：

指导教师职称：

评阅教师对毕业设计（论文）的评语：

评阅教师签名：

评阅教师职称：

答辩委员会对毕业设计的评语：

答辩委员会评定，该生毕业设计（论文）成绩为：

答辩委员会主席签名：

职称：

年月日

专科生毕业设计（论文）任务书

焊接09-1班

毕业设计工作内容：

本文主要描述了天然气管道在进行TIG焊焊接时，根据焊口的一些实际因素，选择合适的焊接设备和焊接材料，最后对焊接过程中易出现的问题及缺陷进行分析，提出相应的解决方法和预防措施。

1.了解毕业设计内容，查阅资料（5月7日—5月13日）

2.准备焊接器材，亲自操作进行研究（5月14日—6月3日）

3.撰写论文，准备毕业答辩（6月4日—6月22日）

资料：

1.陈祝年.焊接工程师手册．

2.刘云龙．焊工手册（第三版）．

指导教师意见：

签名：

系主任意见：

摘要

本文主要描述了天然气管道在TIG焊焊接时，需要根据焊口的一些实际因素，如母材的焊接性及焊缝实际使用条件，选择合适的焊接设备和焊接材料。

通过对材料本身成分分析，选择合适的焊接方法和焊接工艺进行焊接。

确保焊接之后接头的质量。

对焊接之后接头进行检验，对常见的问题及缺陷进行分析，提出相应的解决方法和预防措施。

保证焊接接头达到天然气管道的使用要求。

关键词　天然气管道；

TIG焊；

管道焊接；

质量控制

摘要……I

第1章绪论

1.1引言

目前燃气行业钢质管道的材质一般才用低碳钢，焊接方法通常采用手工电弧焊。

这种焊接方法对行的技术水平要求较高，焊接好坏取决与焊工经验等人为因素。

特别是无损检测的一次合格率偏低，即使是技术水平较高的焊工，一次合格率也只有85%左右。

造成手工电弧焊焊缝质量不合格的主要原因是焊缝打底部分缺陷超标，其中主要缺陷是夹渣，气孔。

造成以上缺陷的主要原因是：

手工电弧焊采用的焊接填充金属为电焊条，电焊条在焊接过程中对焊接熔池进行渣气联合保护，打底时为了达到单面焊双面成型的效果，一般采用灭弧焊接，而灭弧焊接较连弧焊的线性能量少，冷却速度快，保护焊渣有一部分来不及滤出，存在焊渣死角，造成清渣困难，导致下一层焊接时造成夹渣或为熔合[1]。

焊接受热面小径管比较成熟的方法是采用全氩弧焊接或氩弧打底、焊条电弧焊盖面的方法进行焊接，因此针对钨极氩弧焊容易出现的问题做以下论。

1.2手工氩弧焊的应用及特点

为了提高钢质燃气管道的工程质量，现在基本采用可手工电弧焊焊接方法，这种焊接方法在实际中的主要应用形式有两种：

手工氩弧焊打底，手工电弧焊盖面，（适用于外径≥76mm的管道）手工氩弧焊一次成型（适用于外径≤57mm的管道）。

手工氩弧焊属于惰性气体保护焊的一种，分为熔化极手工氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种手艺。

它是利用难熔的钨极合金棒作为电极，通过钨极与工件之间产生电弧，并利用氩气作为保护气进行焊接[2]。

其主要优点有以下几方面：

焊接电弧为明弧，在焊接过程中易于控制可进行全位置焊接打底时连弧焊接，没有熔渣，能确保打底质量，外径≤57mm的管道一次成型，焊接速度快，质量高钨极不容易熔化，易维持焊接过程的稳定电弧稳定，外观成型漂亮[3]。

现行的焊接验收标准《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236-98）对焊缝外观要求严格，外观不合格焊缝一律为不合格焊缝。

1.3本文主要研究内容

在进行钨极氩弧焊时，根据焊口的一些实际因素，选择合适的焊接设备和焊接材料，选择合适的焊接方法和焊接工艺进行焊接，最后对焊接过程中易出现的问题及缺陷进行分析，提出相应的解决方法和预防措施。

第2章天然气管道管材概述

分析所需要焊接部分的结构，焊接材料的成分、力学性能，以及焊接材料的焊接性，从而选择最佳的焊接工艺。

2.1管道结构特点

天然气管道焊接一般采用的是对接的接头形式。

如图2-1所示。

因为管道结构承受较大的内部压力，因而要求焊接接头具有良好的气密性。

因此在焊接施工过程中，在确保结构部件上焊接接头质量的同时，为了满足加工条件，既要提高生产率，又要通过改善制造时的作业环境来增加安全性。

图2-1天然气管道的接头

2.2管材成分及力学性能

成分是材料结构和性能的基础，能定量的分析出材料中各个组分的含量，对材料品质用途和选择合适的焊接工艺具有重要意义。

管材采用12Cr1MoV钢，其化学成分见表2-1。

表2-112Cr1MoV钢的化学成分（质量分数/%）

C

Mn

P

S

Cr

Mo

V

Fe

~

~

其余

材料力学性能是指材料在常温、静载作用下的宏观力学性能，是确定各种工程设计参数的主要依据。

其力学性能见表2-2。

表2-212Cr1MoV钢的常温力学性能

抗拉强度/Mpa

屈服强度/Mpa

断后收缩率/%

470

255

20

2.3管材焊接性分析

钢材焊接性的好坏取决于它的化学成分，影响最大的是碳元素，也就是说金属含碳量的多少决定它的可焊性，钢中含碳量增加，淬硬倾向增大，塑性降低，容易产生焊接裂纹[4]。

母材属于低合金珠光体型耐热钢，具有较高的热强性能[5]，但由于其具有一定淬硬倾向所以在焊接循环决定的冷却速度条件下，焊缝金属和热影响区易形成冷裂敏感的显微组织，另外，母材中含有Cr、Mo、V等元素，在提高了钢的蠕变强度和组织稳定性的同时，这些强烈碳化物形成元素又增加了接头过热区产生再生热裂纹的倾向。

12Cr1MoV具有更大的淬硬倾向，而使热影响区更易产生冷裂纹。

2.4本章小结

12Cr1MoV属于Gr-Mo型珠光体耐热钢，属于低合金钢范畴，低合金钢焊接的有利一面是能提高抗氧化性和热强化性，不利的一面是增强了脆硬倾向和形成裂纹的机会增大，因此给焊接工作带来了很多困难。

第3章天然气管道的TIG焊焊接工艺

针对所需要焊接部位的结构、成分。

选择合适的焊接工具，制定合理的焊接流程和焊接工艺，以确保接头质量，达到焊接接头的使用要求。

3.1焊前准备

3.1.1焊接使用材料及工具

根据第二章所分析焊接接头的结构和成分，选择焊接焊接工具和材料，如表3-1所示。

表3-1使用的材料及工具

工件

12Cr1MoVφ100×

6mm

焊机

时代逆变WS—350

焊枪

PQ—85/150型空冷焊枪

氩气流量计

AT—15/30

钨棒

铈钨极φmm

焊丝

H08Mn2SiA

氩气

纯度≥%

3.1.2焊前加工清理及焊丝选用原则

（1）坡口形式为：

70°

V形坡口，对口间隙2~mm，钝边1~mm；

（2）焊前清理用角向磨光机将坡口面及坡口两侧10mm~15mm范围内打磨至露出金属光泽，用圆锉，砂布清理管内侧锈蚀及毛刺，如有必要可用丙酮清洗坡口表面及焊丝。

（3）手工钨极氩弧焊打底所选用的焊丝，除应满足机械性能要求外，还应具有良好的可操作性并且不产生缺陷。

从焊接工艺试验的机械性能可以看出，H08Mn2SiA焊丝打底焊缝的抗拉强度均比其原焊丝H08A较高；

从无损探伤和现场手工焊接操作性上看，H08A焊丝打底容易产生气孔，且焊缝成型差；

关键在于其Mn、Si元素的含量。

焊缝中Mn、Si是主要合金化元素，同时也是一种较好的脱氧剂，Si脱氧能力比Mn要强，Mn和Si都能减少焊缝金属中的氧含量，改善焊缝金属的性能，防止气孔产生；

另外，Mn可以提高焊缝的强度和韧性，而Si含量过多时，将会使焊缝金属的塑性和韧性降低。

因此，必须使焊缝材料保持适当的Mn/Si比值，该比值愈高，焊缝金属的韧性愈好，一般认为Mn/Si＜2对焊缝韧性不利。

3.1.3焊接规范

已经确定了使用的工具及其材料，在焊接前调试好焊接的电流与电压值，匹配好氩气流，并且选择合适的送丝速度，如表3-2所示。

表3-2焊接参数

电流

/A

电压/V

钨极直径/mm

喷嘴直径/mm

氩气流L/min

钨极伸出度/mm

80~100

15~17

2．5

8~10

5~7

约5~7

3.2焊接过程

3.2.1定位焊

（1）点焊固定采取三点周向对称点焊固定方法，焊点宜小，先从一端始焊然后过渡到另一端，保证焊点熔透无缺陷。

（2）分半逆向焊接，为减少出现气孔可能性，在起焊的6点位置不设点焊固定点。

焊枪与工件及焊丝间相对位置见图3-1所示。

图3-1天然气管道焊接接头剖面图

（3）定位焊缝操作要点：

定位焊是焊缝的一部分，必须焊牢，不允许有缺陷。

定位焊缝不能太高，以免焊接到定位焊缝处接头困难，如果碰到这种情况，最好将定位焊缝磨低些，两端磨成斜坡，以便焊接时接头容易。

如果定位焊缝上发现裂纹，气孔等缺陷，应将其打磨掉重焊，绝不允许用重熔的办法修补。

3.2.2焊接操作工艺要点

打底焊应尽量一气呵成，打底层应有一定厚度，如果δ＞10mm的管子，其厚度应≥4mm。

如图3-1所示。

（1）在仰焊位置6点以前的5~8处引弧，焊丝与坡口的钝边保持1~mm的间距，在平焊时，焊丝与内壁的钝边要平行，保持这样的间距，焊缝背部不会出现凹陷，余高大约~1mm，始焊时，在对口处形成熔池（不能击穿）将焊丝插入熔池中，借助电弧吹力，使熔滴挤入间隙内并透过，在两侧钝边处（已熔化）搭成“桥”，以该“桥”为基础逐步施焊。

引弧部位在焊接方向前10mm左右，绝不允许在管壁上引弧，引弧后，电弧始终保持在间隙中心；

（2）焊接过程中，由于管子水平固定，随着焊接位置变化，焊工的身体也随之移动，为保持平稳，进行仰位焊接时，可同时伸出手指支撑在管上；

（3）采用“二点法”焊接，控制弧长2~3mm，对坡口根部两侧同时加热，摆动送丝，使焊丝端头始终处于氩气保护范围内，边熔化边送丝，焊丝不直接插入熔池。

而位于熔池前方，焊丝端头应呈圆形，送丝动作干净利落，控制坡口两侧熔透均匀，以保证管内壁成形均匀；

（4）前半圆焊到平焊位置时，将弧坑填满，在12处收弧，以利于后半圆接头。

后半圆在焊接前将接头处打磨出斜面至露出金属光泽，从仰焊位置起焊至平焊位置结束；

（5）收弧时．在熄弧前向熔池连送两滴填充金属．将熔池移至坡口一侧收弧。

熄弧后将喷嘴罩住熔池，待完全冷却变暗后再移开。

（6）每半圆焊接一次完成，中途不停顿。

如中途再度起焊，将端头打磨并使焊缝重叠5~7mm；

（7）焊接时如发现电弧气氛呈蓝色，或者熔池有发泡现象，立即停下修磨，清除缺陷后继续焊接直至完成[6]；

（8）焊接时要掌握好焊枪角度，送丝到位，力求送丝均匀，才能保证焊缝成型美观，焊第二层时，应注意不得将打底层焊道烧