活性氣體保護焊（MAG）在大型不銹鋼溶液儲罐中的應用

陳偉翔

摘 要：該文通過某電廠脫硝環保改造項目不銹鋼尿素溶液儲罐工程，在儲罐焊接過程中對活性氣體保護焊（MAG）應用的嘗試，總結出活性氣體保護焊（MAG）焊接大型不銹鋼儲罐的焊接工藝。通過合理工藝設計，采用活性氣體保護焊（MAG）可以滿足溶液儲罐設計要求，并能有效控制焊接變形，降低制造成本，縮短工期，提高效率。

關鍵詞：活性氣體保護焊（MAG） 焊接工藝 控制焊接變形 提高效率。

中圖分類號：TG409 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-00-02

活性氣體保護焊（MAG）是一種高效、優質、低成本的焊接方法，在工程建設中的鋼結構、料倉、儲罐、塔器、球罐與管道等工程中廣泛應用，在提高工程建設的效率，保證焊縫質量等方面表現突出。某電廠脫硝環保改造項目不銹鋼尿素溶液儲罐工程，其中有尿素溶液儲罐四個，罐體材質為304不銹鋼。規定工期15 d，工期較短，若用手工電弧焊、氬弧焊等常見不銹鋼焊接方式，在規定工期內無法完成，為保證工程質量，加快工程進度，決定嘗試使用活性氣體保護焊（MAG）。

1 活性氣體保護焊（MAG）

1.1 熔化極氣體保護焊（GMAW）及其分類

熔化極氣體保護焊（GMAW）是采用連續等速送進可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲和母材，形成熔池和焊縫的焊接方法。為了得到良好的焊縫應利用外加氣體作為電弧介質保護熔滴、熔池金屬及焊接高溫金屬免受周圍空氣的有害作用。由于不同的保護氣體及焊絲對電弧狀態、電氣特性、熱效應、冶金反應及焊縫成形等有著不同的影響，因此根據保護氣體的種類分成不同的焊接方法。如圖1所示。

圖1 熔化極氣體保護焊分類

以氬、氦或其混合氣體等惰性氣體為保護氣體的焊接方法稱為熔化極惰性氣體保護焊（MIG）；在氬氣中加入少量氧化性氣體（O2、CO2或其混合氣體）混合而成的氣體作為保護氣體的焊接方法稱為熔化極活性氣體保護焊（MAG）；采用純CO2氣體作為保護氣體的焊接方法稱為CO2氣體保護焊。

1.2 活性氣體保護焊（MAG）的特點

活性氣體保護焊（MAG）（熔化極氣體保護焊）在工藝、生產率與經濟效果等方面具有以下特點：（1）是一種明弧焊，便于發現問題及時調整，焊接過程與焊縫質量易于控制；（2）沒有熔渣，焊后不需要清渣，提高了生產效率；（3）采用自動焊絲輸送機構，焊接速度快，提高了生產效率，且焊絲利用率高，提高了焊材使用率，節省了成本；（4）適用范圍廣，易進行全位置焊及實現機械化和自動化；（5）焊接飛濺大，焊縫成形及焊后處理操作較麻煩；（6）抗風能力差，不適合在現場及露天施焊；（7）電弧輻射、焊接煙霧大，影響焊工身體健康。

2 大型不銹鋼溶液儲罐的焊接

2.1 大型不銹鋼溶液儲罐的焊接難點

大型不銹鋼尿素溶液儲罐的焊接，存在以下工程難點：1）不銹鋼的焊接難度大；2）不銹鋼板厚度大，都在6 mm以上；3）焊縫要求高，需要焊透不漏液；4）焊接變形控制；5）焊接工程量大，有環焊縫、立焊縫、平焊縫、橫焊縫等多位置，且焊縫長。

2.2 焊接方法選擇

某電廠脫硝環保改造項目不銹鋼尿素溶液儲罐工程，其中有尿素溶液儲罐四個，罐體材質為304不銹鋼板。工期要求僅有15 d時間，若采用常規手工電弧焊，焊接質量難以保證，且焊接速度慢，難以達到項目工期要求。為了順利完成溶液儲罐工程，爭取工期，保證質量，決定選擇熔化極氣體保護焊（活性氣體保護焊（MAG））。

2.3 焊接工藝

（1）焊接設備選擇。焊接設備采用焊王NBC-350A氣體保護焊機及送絲機構。（2）焊絲選擇。根據母材304不銹鋼，選擇匹配材質焊絲，本次采用E308L焊絲；焊絲尺寸選擇考慮工件厚度及送絲機構，采用Φ1.2 mm焊絲。（3）保護氣體的選擇。采用純氬作保護氣體焊接不銹鋼時，由于產生陰極斑點漂移現象使電弧不穩定，焊縫成型不好，故常采用Ar+（1～5%）O2或Ar+（5～10%）CO2弱氧化性混合氣體。本工程選用90%Ar+10%CO2氣體作為焊接保護氣體。（4）接頭設計。坡口參見GB985-88《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊坡口基本形式及尺寸》設計，如圖，坡口加工采用刨邊機機械加工或采用等離子切割完成，需用磨光機打磨呈金屬光澤，坡口表面不得有裂紋、夾雜、分層等缺陷。

圖2 坡口形式圖

（5）焊接工藝參數 焊接電流（送絲速度）、電弧電壓、焊接速度和氬氣流量等，決定著電弧形態、熔滴形式和焊縫成型。通過工藝評定，活性氣體保護焊（MAG）雙面焊接不銹鋼的工藝參數如表1所示。6）不銹鋼溶液罐焊接質量控制 大型不銹鋼溶液罐的罐底板與罐頂板，由于規格較大，需要多塊鋼板拼接制作，合理的排板設計，能有效的減少焊縫長度，提高效率。排板設計中，應充分考慮對稱布置焊縫，拼板對接接頭，采用（4）坡口形式，焊接時按照對稱原則，從中間向兩邊鋪開的順序，兩名焊工同時對稱施焊。采用雙面焊接，工藝參數參照（5），利用活性氣體保護焊（MAG）連續施焊的特點，得到的焊縫成形美觀，表面過渡光滑，無表面缺陷，保證焊縫質量。罐壁板組對時，根據坡口點對，保證內表面齊平，錯邊量控制在允許的誤差范圍內。焊接時，先焊接罐壁間縱縫，再焊接環縫，最后施焊內側焊縫?？v焊縫的布置，應采用交錯對稱布置，對稱交錯施焊，以減少焊接變形；環焊縫焊接按照對稱施焊原則，焊接由4名焊工沿圓周均布，朝同一方向用分段退焊或跳焊法施焊，嚴格控制層間溫度不超過100 ℃，有效控制焊接變形。罐壁板焊接，同樣應采用雙面焊工藝，以確保焊縫質量。

表1

焊接

層次 焊接電流 電弧電壓 焊接速度 焊絲伸出長度 焊接

方向

I/A U/V v/（L/min） /mm

1 150～180 21～25 30～40 10～15 右焊法

2 180～210 25～29 20～30 10～15 右焊法

圖3 焊縫成形效果

不銹鋼溶液罐焊接完成后，對焊接飛濺進行打磨，焊道酸洗，表面拋光等工藝處理，保證產品質量。如圖3所示。

3 質量檢測

3.1 外觀質量驗收

對焊接好不銹鋼尿素溶液罐焊縫進行外觀檢查，焊縫成形美觀，表面過渡光滑，無表面缺陷，符合設計要求。不銹鋼罐罐體外形美觀，變形小，罐體高度，橢圓度等均符合設計要求。工程外觀質量驗收為合格。

3.2 焊縫無損檢測

按照GB150-1998《鋼制壓力容器》標準，焊接接頭類別分為ABCD四類。如圖4所示。

圖4 壓力容器焊接接頭分類示意圖

根據設計圖紙技術要求，對AB類別焊縫進行1%射線RT檢測，按照JB4730-94《壓力容器無損檢測》標準檢驗，Ⅲ級合格，經評定焊縫合格。對CD類別焊縫進行100%滲透PT檢測，按照JB4730-94《壓力容器無損檢測》標準檢驗，Ⅰ級合格，經評定焊縫合格。

3.3 設備充水試驗檢測

根據圖紙要求，對制造完成的設備進行充水試驗，無滲漏；無可見的變形；試驗過程中無異常的響聲。達到GB150-1998《鋼制壓力容器》標準合格。

4 經濟效益

活性氣體保護焊（MAG），焊接過程中，焊絲通過機械連續輸送，焊接速度快，同時焊絲利用率高，降低了焊接成本。據相關文獻顯示，活性氣體保護焊（MAG）與焊條電弧焊比總成本降低39.6%～78.7%；活性氣體保護焊（MAG）比焊條電弧焊提高功效3.28倍。

5 結語

經過十幾天的連續努力，在克服了工藝探索等困難之后，不銹鋼尿素溶液儲罐工程按期完成。經實踐檢驗，通過合理的施工工藝，采用活性氣體保護焊（MAG）可以滿足大型不銹鋼溶液儲罐設計要求，并能有效控制焊接變形，降低制造成本，縮短工期，提高效率。

參考文獻

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