浙江杰德管業(yè)科技有限公司
Zhejiang Jiede Pipeline Technology Co., Ltd
不銹鋼管道焊接的藝術(shù)：氬弧焊（TIG）的技巧與常見(jiàn)缺陷預(yù)防-杰德資訊|不銹鋼|雙相鋼|管件|彎頭|法蘭|三通|大小頭|翻邊|管帽|預(yù)制管|多通管
摘要
氬弧焊（TIG）是不銹鋼管道高完整性連接的首選工藝，但“背面氧化發(fā)黑”“晶間腐蝕”“未焊透”“氣孔”四大頑疾常讓焊件無(wú)法通過(guò)苛刻的腐蝕試驗(yàn)與外觀驗(yàn)收。本文以背面充氬保護(hù)為主線，系統(tǒng)闡述如何通過(guò)“氣體、參數(shù)、操作、清潔、檢驗(yàn)”五環(huán)相扣，把TIG焊從“手藝”升華為“藝術(shù)”，實(shí)現(xiàn)銀白內(nèi)壁、無(wú)缺陷一次合格率>98%。
一、背面氧化發(fā)黑的機(jī)理與危害
- 機(jī)理：>450 ℃時(shí)，Cr與O?反應(yīng)生成Cr?O?膜；若氧分壓>0.1 %，膜增厚并出現(xiàn)Fe、Ni氧化物，顏色由銀白→金黃→藍(lán)→黑。
- 危害：氧化膜富Cr貧化區(qū)<12 %Cr，喪失鈍化能力；Cl?環(huán)境下優(yōu)先點(diǎn)蝕，成為“晶間腐蝕”源頭；同時(shí)內(nèi)表面粗糙度增加，醫(yī)藥、半導(dǎo)體管道無(wú)法滿足Ra≤0.8 μm要求。
二、背面充氬保護(hù)的“七寸”控制點(diǎn)
- 氣體純度：正面Ar≥99.99 %；背面推薦“5 %H?+95 %Ar”混合氣，利用2H?+O?→2H?O反應(yīng)把O?降到<0.005 %。
- 分段封閉：
– DN≤50 mm：整管充氬，可溶紙+硅膠塞雙封堵，留φ3 mm排氣孔于12點(diǎn)位置；
– DN>50 mm：局部氣囊（Length≈300 mm）隨焊前移，節(jié)省60 %氬氣。 - 置換工藝：低充高排，流量8–12 L/min，時(shí)間t≥0.5√V（V為腔體L，t單位min），至排氣口O?<0.02 %（用測(cè)氧儀確認(rèn)）。
- 流量匹配：正面12–14 L/min，背面5–8 L/min；根部間隙>2 mm時(shí)，背面流量下調(diào)30 %，避免“氬渦卷吸”。
- 滯后停氣：電流衰減+滯后氣5–7 s，高溫收弧區(qū)仍在保護(hù)下。
- 層間溫度：≤60 ℃（化工潔凈級(jí)），層間用濕棉布或銅管水冷循環(huán)，縮短高溫停留時(shí)間。
- 封坡口材料：用0.05 mm錫箔紙膠帶，耐熱>300 ℃，撕離無(wú)殘留；禁用普通紙膠，避免碳化污染。
三、晶間腐蝕的“溫度-時(shí)間”窗口控制
- 敏化區(qū)間450–850 ℃；超低碳304L/316L含C≤0.03 %，理論上抗敏，但多道仍須防熱累積。
- 工藝原則：小電流、快焊速、薄焊層。
– 根部：φ2.0 mm焊絲，I=60–80 A，v=80–120 mm/min，熱輸入≤0.8 kJ/mm；
– 蓋面：擺寬≤8 mm，層厚≤2.5 mm。 - 雙速冷卻：焊后即刻水冷或空冷至<150 ℃，避免在敏化區(qū)“滯留”。
- 檢驗(yàn)：按GB/T 4334-2020 E法，5周期沸騰Cu-CuSO?-16 %H?SO?，彎曲后無(wú)裂紋。
四、未焊透與內(nèi)凹的“三合一”對(duì)策
- 坡口：壁厚t≤3 mm，I形間隙1.5–2 mm；t>3 mm，V形60°，鈍邊0.5–1 mm。
- 鎢極磨尖：20–25°錐角，平端0.5 mm，保持3–4 mm伸出；電弧集中，熔深增加20 %。
- 送絲節(jié)奏：內(nèi)加絲法——焊絲端部始終貼于鈍邊前沿，利用“熔滴搭橋”托住熔池，防止內(nèi)凹。
- 鏡像監(jiān)測(cè)：根部背面安裝USB內(nèi)窺鏡，實(shí)時(shí)觀察熔透“小肚臍”，出現(xiàn)即降速或填絲。
五、氣孔“零容忍”清潔鏈
- 母材：坡口兩側(cè)50 mm打磨至Ra≤6.3 μm，丙酮+無(wú)紡布“一遍擦、一遍棄”，杜絕SiO?、S、P污染。
- 焊絲：φ2.0–2.5 mm，真空包裝拆封后24 h內(nèi)用完；逾時(shí)須250 ℃×2 h烘干，隨取隨用。
- 氬氣：瓶壓>0.5 MPa時(shí)更換；新瓶靜置12 h，防止“瓶底水”帶入。
- 環(huán)境：相對(duì)濕度≤65 %，風(fēng)速≤1 m/s；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)PVC防風(fēng)棚，棚內(nèi)放置干燥劑。
- 起弧：高頻引弧，禁止鎢極擦劃；每道接頭打磨≥20 mm，去除引弧氣孔。
六、典型缺陷快速診斷表
復(fù)制
| 缺陷 | 外觀特征 | 主因 | 現(xiàn)場(chǎng)糾正 |
|---|---|---|---|
| 內(nèi)表面發(fā)黑 | 藍(lán)-黑氧化色 | O?>0.05 % | 背面流量+測(cè)氧，換5 %H?混合氣 |
| 晶間腐蝕 | 彎曲裂紋、β相析出 | 熱輸入>1.0 kJ/mm | 降電流+快焊速+水冷 |
| 未焊透 | 根部直線溝槽 | 間隙小/電流低 | 擴(kuò)間隙至2 mm，增電流10 A |
| 氣孔 | 圓形空腔，金相黑點(diǎn) | 水/油/風(fēng) | 重清潔+擋風(fēng)+烘干焊絲 |
七、結(jié)語(yǔ)
不銹鋼TIG焊的“藝術(shù)”在于把看不見(jiàn)的氣體保護(hù)做成可量化、可驗(yàn)證、可復(fù)制的工藝。只要抓住“背面充氬”這一七寸，輔以熱輸入、清潔度、層間溫度的剛性控制，就能讓焊縫呈現(xiàn)鏡面銀白，順利通過(guò)PMI、鐵素體、晶間腐蝕、X-ray四重考驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“零缺陷”交付。
不銹鋼TIG焊的“藝術(shù)”在于把看不見(jiàn)的氣體保護(hù)做成可量化、可驗(yàn)證、可復(fù)制的工藝。只要抓住“背面充氬”這一七寸，輔以熱輸入、清潔度、層間溫度的剛性控制，就能讓焊縫呈現(xiàn)鏡面銀白，順利通過(guò)PMI、鐵素體、晶間腐蝕、X-ray四重考驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“零缺陷”交付。
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