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1、2.准备焊接器材，亲自操作进行研究（5月14 H-6月3 日）3.撰写论文，准备毕业答辩（6月4 H-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；

2、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

3、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76 mm的管道）手工 氧弧焊一次成型（适用于外径457 mm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

4、产生电弧，并利用氧气作为保护气进行焊 接。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v57 mm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。 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（GB 50236-98）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，

5、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

6、。 管材采用12ClMoV钢，其化学成分见表2-1。表2-1 12cliMoV钢的化学成分（质量分数/% ）C Mn P S Cr Mo V Fe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2-2 12CrlMoV钢的常温力学性能 抗拉强度/Mpa 屈服强度/M pa 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。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

7、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

8、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WS350PQ85/150型空冷焊枪AT15/30锦铝极（P mmH08Mn2SiA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：70V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10 mm15 mm 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。（

9、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

10、Mn/Si比值，该比值愈高, 焊缝金属的韧性愈好，一般认为Mn/Si 10 mm的管子，其厚度应24 mm。如图3-1所示。（1）在仰焊位置6点以前的58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1 mm,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10 mm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

11、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23 mm ,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

12、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57 mm ;（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；（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

13、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

14、，然后在焊接方向的反向10 mm处引 弧，将焊把向回移动，直至把原焊缝35 mm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10 mm20 mm ,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10 s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。（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叁5

15、mm10 mm ,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

16、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4-1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In6 裂纹、未熔合不允许深度工深度V20%6深度工20%5且内凹（塌腰）15%5 且25%6 且且w2mm1mm单个

17、 / - C20%Se 20%SH径向 25%6夹渣且工3mm4mm25mm25%SH周向 30%6且 w4mm1、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02 mm0-3 mm0-4 mm焊缝余晨）其他位置3 mm4 mm5 mm焊隆克度:买匕破口增竞2 mm卖每侧增竞焊

18、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510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20-30 mm ,渗透时间应根据使用说 明，一般为515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v kg/cm2）将工件表面的渗透剂 擦洗干净；4、显

19、像：将显像剂充分摇匀后，对被检工件保持距离300 mm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265 mm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

20、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

21、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

22、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

23、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35倍,末端的最小直径为

24、野极直径的1/21/5 ,尖端夹角应 采用30为好；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）12ClMoV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

25、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。1234589101112131415参考文献刘会杰.焊接冶金与焊接性北京:机械工业出版,2002:182- 188中国机械工程学会.焊接方法及设备.北京:机械工程出版社， 1992: 76-93陈祝年.焊接工程师手册.北京:机械工业出版社,2002: 35-45张文钺.焊接冶金学.北京:机械工业出版社,2008: 91-192刘云龙.焊工手册.北京机械工业出版社,1999: 89-105张文钺.金属熔焊原理及工艺.北京:机械工业出版社,1980: 105-123雷世明.焊接方

26、法与设备.北京:132- 135Carllson. Thermal Strtess in Welding. Chapter 5, Thermal Stress 1,1985,15（12）: 65-68熊腊森.焊接工程基础.北京:129-133Yurioka N, Suzuki H. Hydrogen Assisted Cracking in C- Mn and Low Steel Weldment. International Materials Reviews, 1990: 35 （4）: 217-249AWS钢结构焊接规范.北京:中国标准出版社,2008: 33-35国家质量技术监督局.GB150-98钢制压力容器.北京:中国标准出版社,1998: 43-48钱昌黔.耐热钢焊接.北京:水利电力出版社,1988:187-198 Kou S. Welding Metallurgy. New Jersey Interacience, 2002:123-130丁建生.金属学与热处理.北京:机械工业出版社,2004: 37-63