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2.准备焊接器材，亲自操作进行研究（5月14H-6月3日）
3.撰写论文，准备毕业答辩（6月4H-6月22日）
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：
系主任意见：
签名：
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筐实际使用条件，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
工.工引言
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囚。
焊接受热面小径管比较成熟的方法是采用全氧弧焊接或筑弧打底、焊条电弧焊盖面的方法进行焊接，因此针对铝极氢弧焊容易出现的问题做以下论。
1.2手工氮弧焊的应用及特点
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：
手工氧弧焊打底，手工电弧焊盖面，（适用于外径之76mm的管道）手工氧弧焊一次成型（适用于外径457mm的管道）。
手工氧弧焊属于惰性气体保护焊的一种，分为熔化极手工氨弧焊和非熔化极氮弧焊两种手艺。
它是利用难熔的铸极合金棒作为电极，通过野极与工件之间产生电弧，并利用氧气作为保护气进行焊接⑵。
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v57mm的管道一次成型，焊接速度快，质量高铸极不容易熔化，易维持焊接过程的稳定电弧稳定，外观成型漂亮⑸。
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）对焊转外观要求严格，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
在进行铸极筑弧焊时，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12C「lMoV钢，其化学成分见表2-1。
表2-112cliMoV钢的化学成分（质量分数/%）
CMnPSCrMoVFe
其
余
一材料力学性能是指材料在常在、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2-212CrlMoV钢的常温力学性能
―抗拉强度/Mpa屈服强度/Mpa断后收缩率/%
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⑷。
母材属于低合金珠光体型耐热钢，具有较高的热强性能回，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。
12CrlMoV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
12CrlMoV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
时代逆变WS—350
PQ—85/150型空冷焊枪
AT—15/30
锦铝极（Pmm
H08Mn2SiA
纯度2%
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，用圆铿，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）手工铸极氨弧焊打底所选用的焊丝”余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HO8A较高；
从无损探伤和现场手工焊接操作性上看，HO8A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S诸B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，匹配好氮气流，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
铝极直径/mm
喷嘴直径/mm
氧气流
L/min
笆极伸出度/mm
80-100
15-1
7
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，以免焊接到定位焊转处接头困难，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b>
10mm的管子，其厚度应24mm。
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"
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氧气保护范围内，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⑹；
（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穿，防止焊道下凹或背面剧烈氧化。
3.2.3填丝注意事项
（1）必须等坡口两侧熔化后才能填丝，以免造成熔合不良，填丝时，焊丝应与工件表面夹角成15°
左右。
填丝要均匀，快慢适当，过快焊缝余量大，过慢则焊缝下凹和咬边，焊丝端应始终处在氧气保护区内。
对口间隙大于焊丝直径时，焊丝应跟随电弧同步横向摆动，不得扰动氨气保护层，以防空气侵入。
（2）操作过程中如不慎使铸极与焊丝相碰，发生瞬间短路，将产生很大的飞溅和烟雾，会造成焊缝污染和夹铝，这时应立即停止焊接，用砂轮磨掉被污染处，直至磨出金属光，圣。
被污染的铝极，应在别处重新引弧熔化掉污染端部或重新磨尖后，方可继续焊接风
（3）撤回焊丝时，不要让焊丝端头撤出保护区以免焊丝端被氧化，在下次进入熔池时，造成氧化物夹渣或产生熔孔。
3.2.4收弧与接头
（1）收弧不当会影响焊缝质量，使弧坑过深或产生弧坑裂纹，甚至造成返修。
收弧时，焊把应由内侧坡口处稍向外拉至电弧熄灭，并要注意控制速度，不能过快，以免产生缩孔。
接头处所有焊缝无论有无缺陷都要用手砂轮修磨成斜面，然后在焊接方向的反向10mm处引弧，将焊把向回移动，直至把原焊缝3~5mm长度全部熔化，才开始送丝，直到焊完整个焊口。
最后收弧时，一般多采用稍拉电弧，重鎏焊缝10mm~20mm,在重叠部分不加或少加焊丝，速度要快。
停弧后，氧气开关应延时10s左右在关闭，防止金属在高温下继续氧化。
（2）接头时，在熔坑中间或靠后些引弧形成熔池后便可填充焊丝完成接头，"
头与头"
相接是在焊接水平或斜固定管时，当焊接另一侧的仰焊接头时，只以电弧将接头部位的原起始焊缝端部熔化，形成熔池，便可送丝，完成该处接头⑻。
（3）接头质量控制，接头处理要有斜坡不能有死角，重新引弧的位置在原弧坑后面使焊筐重叁5mm~10mm,重叠处一般不填丝，焊丝紧贴坡口与钝边一起熔入、即将焊丝弯成弧形紧贴在坡口间隙处，焊接电弧熔化坡口钝边的同时也熔化焊丝。
3.2.5收尾方法
焊接过程在收尾时，应将熔坑填满，把电弧拉向对口的一侧电弧熄灭，最后收尾时，将始焊侧的焊道端熔化，将已熔金属与新熔化的熔池相碰接，再将新出现的熔池填满连接在一起。
如有条件可采用电流衰减法，焊接终止时，停止填丝使焊接电流逐渐减小，从而使熔池体积不断缩小，最后断电，焊枪停止行走。
3.3本章小结
分析全位置焊焊接工艺参数对管子对接焊内外成型的影响，便于在焊接试验中，对工艺进行调试。
焊焊前准备工作是一个非常重要的过程，关系到焊缝最终的成型质量。
焊接过程中要严格执行操作规程，只有做好每个环节才能得到高质量的焊接接头。
第4章天然气管道的TIG焊质量控制
对天然气管道焊接接头进行超声波探伤质量检验，检验接头的密闭性和成型标准，对出现的缺陷进行修补，使焊接接头达到使用标准。
4,接头焊后成型标准
4.1.1内外成型评定标准
一、内成型评定标准
（1）焊接接头从起焊位置锯开,铺展开来观察,检查成型，拍照。
（2）焊接接头内表面宏观检验标准应符合表4-1⑼的规定。
表4-1焊建断面宏观检验合格标准
缺陷名称惇度（mmy焊接接头类别
I
n
<
6
>
6>
裂纹、未熔合
不允许
深度工
深度V
20%6
深度工20%5且
内凹（塌腰）
15%5且
25%6且
且w
2mm
1mm
单个/-C
20%S
e<
20%SH<
径向<
25%6
夹渣
且工3mm
4mm
25mm
25%SH<
周向<
30%6
且w4mm
1、每1cm面积内有直径w
密集气
气孔或夹渣不超过5个，
孔夹渣
个7c计
或总面积不超过3mm。
2、沿圆周（或长度）方向
10倍厚度的范围内，气孔和夹渣累计长度不超过厚度。
二、外成型评定标准
（1）外表面不允许有裂纹，气孔，未融合,咬边等缺陷。
（2）外形尺寸基本符合设计标准要求,焊转边缘应圆滑过渡到母
材，其允许尺寸见表4-2口叱
表4-2对接焊缝外形允许尺寸
外形
接头类别
m
平焊
0〜2mm
0-3mm
0-4mm
焊缝余晨）
其他位置
3mm
4mm
5mm
焊隆克度:
买
匕破口增竞
2mm
卖
每侧增竞
焊转余高差
4.1.2检验
一、外观检查
外观检查的目的：
通过检查一部分判定施工单位的设备、材料管理，焊工的技能水平。
1、物理尺寸：
焊缝余高、高度差、宽度、宽度差、焊缝成形、焊缝直线度、错边量、角变形、焊脚高。
2、焊接缺陷：
气孔、裂纹、未熔合。
二、看色检验
1、清洗：
用清洗剂将被检工件表面的污物（氧化皮、铁锈、油脂等）完全清洗干净；
2、渗透：
放置5~10分钟待工件和试块表面干燥后,施加渗透剂，喷嘴应距工件和试块表面20-30mm,渗透时间应根据使用说明，一般为5~15分钟，这期间应保持探伤面被渗透剂充分湿润
[11]•
3、清洗：
用清洗剂或水（水压vkg/cm2）将工件表面的渗透剂擦洗干净；
4、显像：
将显像剂充分摇匀后，对被检工件保持距离300mm处均匀喷涂，喷涂显像剂后，片刻即可观察缺陷;
5、检查完毕，用清洗剂或水擦洗去除显像剂。
三、射线检验
它是用来检测焊筐内部缺陷的准确而又可靠的方法之一。
常用的射线有X射线，射线它适用于2~65mm厚度的焊件内部的气孔、夹夹杂物、未焊透、未溶合、裂筐等缺陷。
X射线都能直观、准确地反映缺陷的位置、形状、大小及分布情况。
未焊透在胶片上是一条断续或连续的黑直线，照片上的位置多偏离焊缝中心，呈断续的线状，宽度不一致，黑度不均匀。
气孔在胶片上的特征是分布不一致，有稠密的、也有稀疏的圆形或椭圆形黑点,其黑度一般是中心处较大而均匀地向边缘减小。
夹渣在胶片上多呈现为不同形状的点或条状。
点状夹渣呈单独的黑点，外观不规则，带有棱角，黑度较均匀。
条状夹渣呈宽而短的粗线条状。
长条状夹渣的线条较宽，但宽度不一致。
裂纹在胶片上一般呈略带曲折的黑色细条纹，有时也呈现直线细纹；
轮廓较为分明，两端较为尖细，中部稍宽，有分枝的现象较少见，两端黑度逐渐变浅,最后消失。
射线探伤标准中，把焊筐质量划分为4等级，其中I级焊筐的质量最好IV级最差。
4.2常见缺陷及其预防措施
4.2.1裂纹
一、产生原因
在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，材料的原子结合遭到破坏,形成新界面而产生的缝隙口2】。
它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征。
二、预防措施
（1）选择合适牌号的焊丝，采用低硫磷低杂质元素的焊材；
（2）选择合适的焊接规范参数,采用软规范，以较小的焊接电流和尽可能快的焊速进行焊接；
（3）采用软规范，尽量缩短高温停留时间，减少过热和晶粒长大倾向；
（4）选择合理的焊接接头和坡口形式，控制焊缝金属中焊丝对母材所占的比例，即控制熔合比口3】;
（5）严格焊前焊道坡口及管内外表面的清理；
（6）采用正确的收弧方式,填满弧坑，减少弧坑裂纹的倾向，选用有电流衰减的焊接设备；
（7）采取合理的焊接顺序焊接,以便减少焊接应力。
4.2.2气孔
焊接时，熔池中的气体在金属凝固以前未能来得及逸出，而在焊缝金属中残留下来所形成的孔穴，称为气孔口4］。
有时以单个出现，有时以成堆的形式聚集在局部区域，其形状有球形，条虫形等。
（1）严格焊件坡口表面油、锈、氧化皮和焊丝焊道附近端头部分的清理，尤其注意细管内焊道附近端头部分的清理工作，最后可采用丙酮清洗表面；
（2）提高焊工操作水平,熟练焊接技术,防止焊接时触碰铸极和熔池停留时间过长而送不上丝；
（3）送丝采用“二点法"
，送丝过渡熔滴要求快而准,在保证焊缝熔合好的情况下平稳移动，防止熔池过烧、沸腾，焊枪摆动幅度不可过大；
（4）加强硅镒联合脱氧作用，采用脱氧元素含量高的焊丝，尤其是在端头搭接重熔时更应如此；
（5）发现熔池发泡或电弧气氛呈现蓝色即表明已有气孔产生，应立即停下清理打磨后重新施焊；
（6）以左焊法焊接，弧长尽量短。
焊筐尽量一次焊完,尽可能减少重复加热和补焊次数，搭头起焊部位用砂轮打磨掉氧化膜后再施焊；
（7）保持合适的焊速，保证焊件、焊枪、焊口三者之间正确的相对位置。
4.2.3未焊透
焊接时,母材金属之间应该融合而未焊上的部分称为未焊透。
易出现在单面焊的坡口根部及双面焊的坡口钝边。
（1）提高焊工的操作熟练程度，采用合适的焊接规范焊接；
（2）采用合理的焊接接头坡口形式，在便于组对的情况下钝边尽量小，为便于焊接，坡口角度应稍大；
（3）严格检查焊缝组对质量。
尤其在小钝边接头情况下，应控制组对错边量＜mm;
（4）采取合适的铸极尖端形状，修磨的铸极长度,一般为铸极直径的3~5倍,末端的最小直径为野极直径的1/2~1/5,尖端夹角应采用30°
为好；
⑸严格焊前清洗，尤其对管内坡口端部附近的氧化膜【15】应清理干净。
4.3本章小结
通过焊后的外观检验，看色检验，来测得焊后焊缝的质量，有无缺陷。
达到标准中的规定,满足接头使用要求。
结论
由于在不同位置时的热积累效果不同，熔池金属的受力也不同。
在调整焊接起焊位置后，焊接成型的区域划分发生了变化。
通过试验发现，
Q）12C「lMoV属于Gr-M。
型珠光体耐热钢，属于低合金钢范畴，低合金钢具有高抗氧化性和热强化性；
（2）由于起焊时需要的起焊电流较大，焊接接头的起焊位置处,余高一般过高；
（3）TIG焊焊接速度快，电弧稳定，焊接质量高；
（4）通过工艺分析，施焊可以采取对坡口形式、焊筐位置、焊接参数、焊接顺序的控制从而能很好地进行焊接，提高了天然气管道的焊接质量。
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