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低碳钢管TIG打底焊的焊丝选用

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低碳钢管TIG打底焊的焊丝选用

结合多年对低碳钢管进行手工钨极氩弧焊(TIG)的经验，通过选用H08A、H08Mn2Si、TIG-J50焊丝对20低碳钢管进行的焊接工艺试验以及现场使用的比较分析，认为焊丝中Mn、Si含量及其比值Mn/Si具有关键作用，施工选用H08Mn2Si、TIG-J50、ER49-1是可行的，在目前首选H08Mn2Si焊丝进行低碳钢管TIG打底焊是合理的。

在石油、化工、电站装置中，工艺管道和石油化工管式炉及锅炉的炉管绝大部分是低碳钢管，最常用的牌号有：10、20、Q235、20g。由于这些装置工艺条件苛刻，对焊缝质量和管道清洁度都有较高要求，在现场施工中，我们常采用手工钨极氩弧焊(TIG)打底和手工电弧焊(SMAW)填充、盖面的焊接工艺焊接较为重要的碳钢管。我国80年代初在上述装置管道焊接中开始推广手工钨极氩弧焊打底技术，目前，除了电力建设系统开发的部分专用氩弧焊焊丝和GB/T8110-1995标准中推荐的气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝可以作为TIG焊丝外，一般都选用埋弧焊用焊丝和CO2气体保护焊用焊丝作为TIG焊丝。由于低碳钢焊材主要按“等强度”原则选用，现行施工规范和有关手册推荐的焊丝主要有：H08(或H08A)、H08Mn2Si、TIG-J50、ER49-1。现结合我公司对这些焊丝的使用情况进行分析比较。

1 焊接工艺试验

选用H08A、H08Mn2Si、TIG-J50焊丝分别对20低碳钢管分别进行手工钨极氩弧焊打底、手工电弧焊填充、盖面水平固定口和垂直固定口的焊接。

母材和焊材的化学成分和机械性能分别见表1、表2、表3、表4。

表1 20钢管化学成分

元 素 C Si Mn S P

含量(%) 0.22～0.23 0.21～0.22 0.50～0.51 0.028～0.029 0.01～0.014

表2 焊材化学成分(%)

牌号 C Si Mn S P Cr Ni Cu

ER49-1 ≤0.11 0.65～0.95 1.80～2.10 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.20 / /

H08A 0.10 0.038～0.034 0.46 0.024～0.035 0.01 0.02～0.021 0.029～0.043 0.074～0.077

H08Mn2Si 0.09～0.11 0.79～0.88 1.88～1.94 0.011～0.017 0.014～0.016 ≤0.15 ≤0.20 /

TIG-J50 0.107 0.653 1.57 0.024 0.038 / / /

E4303 0.08 0.16 0.43 0.010 0.019 / / /

表3 20钢管机械性能

参量 σb(MPa) σs(MPa) δ8(%)

数值 412.4～470.4 264.6～371.6 29～37

表4 E4303焊条机械性能

参量 σb(MPa) σ0.2(MPa) δ5(%) AKv(J)-20℃

数值 470 390 28.2 86.84、76平均82

焊接工艺参数和无损探伤、机械性能试验结果分别见表5、表6、表7。

表5 焊接试验工艺参数

接头型式和层次

分

组 焊 接 工 艺 参 数

焊道 焊接 电源 焊接 直径 焊接电流(A) 焊接电压(V) 焊接速度

(cm/min) 线能量

(kJ/cm)

方法 极性 材料 (mm)

20钢管：D57×5mm水平固定 1 1 TIG

SMAW 正接 H08A

E4303 1.6 85 12 5 12.2

2

2.5 80 22 6 21.1

2 1 TIG

SMAW 正接 H08Mn2Si

E4303 1.6 85 12 4.8 12.8

2

2.5 80 22 6 21.1

3 1 TIG

SMAW 正接 TIG-J50

E4303 2.5 90 15 6 13.5

2

2.5 90 23 6 20.7

20钢管：D57×5mm垂直固定 4

1

2-3

1

2-3

1

2-3 TIG

SMAW 正接 H08A

E4303 1.6 85 12 8 7.65

2.5 85 22 11 10.2

5

6 TIG

SMAW 正接 H08Mn2Si

E4303

TIG-J50

E4303 1.6 85 12 5 12.2

2.5 85 22 10.6 10.6

TIG

SMAW 正接 2.5 90 15 8 10.13

2.5 80 22 10 10.56 表6 RT探伤结2.5果

分组号 缺陷性质 判定级别

1 多点气孔 Ⅰ、Ⅱ

2 夹 渣 Ⅱ

3 无 Ⅰ

4 多点气孔 Ⅰ

5 无 Ⅰ

6 夹 渣 Ⅱ

表7 机械性能试验

分组号 拉力试验值

δb(MPa) 弯曲试验结果

90°面弯 90°背弯

1 461.1、452.1 无裂纹合格 无裂纹合格

2 480、480 无裂纹合格 无裂纹合格

3 460、450 无裂纹合格 无裂纹合格

4 460.8、450.2 无裂纹合格 无裂纹合格

5 485、495 无裂纹合格 无裂纹合格

6 430、445 无裂纹合格 无裂纹合格

2 现场焊接

我们在施工现场进行手工钨极氩弧焊打底焊接低碳钢管时，曾采用过H08(或H08A)、H08Mn2Si、TIG-J50及ER705-3和瑞典OK焊丝，十多年的应用经验表明，没有发生焊接质量事故，焊缝能够满足设计和使用要求。不同焊丝的差别主要是：使用H08A焊丝TIG打底时，焊缝根部容易产生气孔，焊缝成型差；使用H08Mn2Si和TIG-J50焊丝打底时，焊缝成型好，易于手工操作，气孔很少，焊缝质量容易保证。由于H08Mn2Si是国内生产的埋弧焊焊丝，容易采购，H08Mn2Si焊丝在手工钨极氩弧焊打底中得到广泛应用。

3 分析

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，H08Mn2Si焊丝打底焊缝的抗拉强度均比其原焊丝的较高；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；从化学成分的Mn、Si元素含量看，H08Mn2Si元素和ER49-1相当，TIG-J50次之，H08A最低。

经过对比分析可以认为，采用H08A焊丝TIG打底焊产生气孔、成型差的原因，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。

4 结论

采用手工钨极氩弧焊工艺进行低碳钢打底焊，选用H08(或H08A)焊丝是不合适的，施工中选用H08Mn2Si、TIG-J50、ER49-1是可行的。在目前生产TIG-J50和ER49-1焊丝的厂家较少的情况下，进行手工钨极氩弧焊打底焊接低碳钢选用H08Mn2Si焊丝是合理的。我们经过十多年的应用，没有发现因焊丝强度较高，导致焊缝的淬硬倾向，而产生延迟裂纹等焊接质量事故。

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不锈钢管钨极氩弧焊(TIG)焊接工艺

不锈钢管钨极氩弧焊(TIG)焊接工艺

不锈钢管钨极氩弧焊（TIG）焊接工艺

摘要：不锈钢的焊接方式也是千姿万态，当今社会可以实现机械化、焊接时无粉尘、无飞溅的有钨极氩弧焊（TIG）、熔化极氩弧焊（MIG）、等离子弧焊（PAw）等。钨极氩弧焊（1rIG）主要应用在非连续成型焊接机组上，是一种非熔化极氩弧焊。

关键词：不锈钢管钨极氩弧焊；焊接工艺

管内焊缝有毛刺、凹坑、焊缝过高等缺陷，会导致产品或原料在管内积留造成腐烂变质，影响产品质量。所以对该种管道的焊缝成型要求特别高，要求双面成型，不允许咬边和未焊透。

一、钨极氩弧焊（TIG）的特点

钨极氩弧焊的机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良；在小电流时电弧很稳定；焊缝区没有熔渣，工人可以清楚地看到熔池和焊缝的成形过程；采用气体保护电焊，易于自动控制；适于薄板焊接、全位置焊接以及不加衬垫的单面焊双面成形工艺。

1.单面焊双面成形。由于从背面无法铲除焊根，并且使焊接的正反面都能得到均匀、无缺陷的焊道叫做单面焊双面成形。它的焊接方法有两大类，即断续灭弧法和连续焊接法，连续焊接法又可以分为两种，即螺旋式和移距式，而在实际生产中，采用的方法是连续焊接法。同时，单面焊双面成形也存在不少的缺陷。

2.尺寸上的缺陷。包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。这些缺陷不仅影响使焊缝成形的美观，而且容易造成应力集中，影响焊缝与母材的结合强度。

3.结构上的缺陷。包括气孔、夹渣、非金属夹杂物、熔合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。这些缺陷在焊接过程中最容易出现，影响焊缝的有效面积，降低了焊接接头的力学性能，而且易造成应力集中，引起裂纹，导致结构破坏，使焊接结构无法承受正常工作载荷。

4.性质上的缺陷。包括力学性能和化学性质等不能满足焊件的使用要求。力学性能指的是抗拉强度、屈服点、疲劳强度、伸长率、冲击吸收功、硬度、塑性、弯曲角度等。化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。这些缺陷阻碍焊缝结构，无法达到所需的设计要求。

常见焊条焊丝型号牌号对照一览表

常见焊条焊丝型号牌号对照一览表

压力容器用钢焊材一览表

类型 牌号 中国GB 美国AWS 类型 牌号 中国GB 美国AWS

碳

钢

焊

条 THJ422 E4303 —

不

锈

钢

焊

条 THA002 E308L16 E308L16

THJ426 E4316 E6016 THA022 E316L16 E316L16

THJ427 E4315 E6015 THA102 E30816 E30816

THJ506 E5016 E7016 THA107 E30815 E30815

THJ507 E5015 E7015 THA132 E34716 E34716

低

合

金

钢

焊

条 THJ506R E5016G E7016G THA137 E34715 E34715

THJ507RH E5015G E7015G THA202 E31616 E31616

THJ557R E5MoV15 — THA207 E31615 E31615

THJ606 E6016D1 E9016D1 THA212 E31816 E31816

THJ607 E6015D1 E9015D1 THA242 E31716 E31716

THW707Ni E5515C1 — THA302 E30916 E30916

THR207 E5515B1 E8015B1 THA307 E30915 E30915

THR307 E5515B2 E8015B2 THG202 E41016 E41016

THR317 E5515B2V — — — —

THR407 E6015B3 — 气保护

实芯焊丝 THQG2Si EN440 G38 4MG2Si

THR507 E5MoV15 — THQ50CG4 EN440 G38 3CG4Si1

氩弧焊焊丝

牌号 型号

GB 类别 主 要 用 途 THT491 ER491

碳钢焊丝 用于船舶、石化、核电话等高压管得对接及角焊

THT10MnSi ER50G 用于薄板及打底焊接结构

焊接材料的选用标准

焊接材料的选用标准

1 焊接材料的选用

1、本标准适用于锅炉、压力容器焊材的选用

2、 引用标准

GB324-88《焊缝符号表示法》

GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》

GB986-88《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》

3、 焊接材料的选择

3.1.焊条的选择原则

3.1.1考虑母材的机械性能和化学成分（常见化学成分和焊缝金属机械参见表）

1、普通结构钢的焊接，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用抗拉强度等于或稍高于母材的焊条

2、对于合金结构钢，通常要求焊缝金属的主要成分与母材金属相同或者相近。

3、当母材中C及S、P等元素含量偏高时，焊缝金属容易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊材。

⑴低碳钢或低合金高强钢的焊接应根据钢材的抗拉强度来选择等强或稍高强度的焊材。

⑵耐热钢或不锈钢的焊接，应选用熔敷金属化学成分与母材相同或相近的焊条

⑶异种钢焊接材料的选择比较复杂，选择时应遵循以下一般原则：

① 组织基本类似，强度等级不同的钢之间的焊接，最好选用抗拉强度介于被焊材料之间的折中焊条。

② 碳钢、低碳钢、耐热钢与奥氏体钢焊接，如果产品工作温度较低，选用Cr25Ni13型不锈钢填充金属。

③ 碳钢与耐热钢焊接4应选用E5015型焊条。

3.1.2考虑焊件的结构复杂程度和刚性

⑴形状复杂、结构刚性大以及厚度大的焊件必须采用抗裂性能较好的低氢焊条

⑵考虑焊件的工作条件，包括载荷、介质和温度等，选用相应的能满足使用要求的焊条，如高温条件下工作的焊件应选择耐热钢焊条，接触腐蚀介质的焊条应选择不锈钢焊条，承受动载或冲击载荷的焊件应选择强度较高、塑性和韧性较高的低氢型焊条。在没有规定的情况下，一般受压件选择碱性焊条，结构件选择酸性焊条，对于同一强度级别或同一化学成分的焊条，碱性焊条可代替酸性焊条，强度略低的焊条，但不得反代。

3.1.4考虑改善焊工劳动条件，提高劳动生产率，经济合理性等方面

焊条选用

焊条选用

编号 类别 词条 解释

1 常用金属材料的焊接 低碳钢焊接时，如何正确地选用焊接材料？ ⑴手弧焊焊条的选用 常用低碳钢Q235的抗拉强度平均值为417.5MPa，根据等强度原则，与之匹配的焊条应为E43系列。几种不同钢号的低碳钢手弧焊时焊条的选用，见表2。 表2 低碳钢手弧焊时焊条的选用 钢 号

一般结构选用的 动载荷、复杂、厚板结构，锅炉受压容器，低温焊接 施

焊 条 件 焊条型号 选用的焊条型号 Q235 E4313，E4303，E4301，E4320，E4311 E4316，E4315 一般不预热 Q255 （E5016，E5015） 一般不预热 Q275 E4316，E4315 E5016，E5015 厚板结构预热150℃以上 08、10、15、20 E4303，E4301，E4320，E4311 E4316，E4315 一般不预热 （E5016，E5015） 25 E4316，E4315 E5016，E5015 厚板结构预热150℃以上 20g，22g E4303，E4301 E4316，E4315 厚板结构预热100～150℃ （E5016，E5015） 20R E4303，E4301 E4316，E4315 一般不预热 （E5016，E5015） 注：表中括弧内的焊条型号表示可以代用。 ⑵埋弧焊焊丝和焊剂的匹配选用 低碳钢埋弧焊时焊丝和焊剂的匹配选用，见表3。 表3 低碳钢埋弧焊焊丝与焊剂的匹配选用 钢 号

焊 丝 焊 剂 Q234 H08A HJ430 Q255 H08A HJ431 Q275 H08MnA 15、20 H08A，H08MnA HJ430 25 H08MnA，H10Mn2 HJ431 20g，22g

H08MnA，H08MnSi，h10Mn2 HJ330 20R H08MnA ⑶CO2焊丝的选用

实芯焊丝选用牌号为H08Mn2Si和H08Mn2SiA两种，焊后熔敷金属强度偏高。药芯焊丝选用牌号为YJ502-1、YJ506-2、YJ506-3、YJ506-4。 ⑷电渣焊焊丝和焊剂的匹配选用 电渣焊熔池温度比埋弧焊低，所以焊剂中的硅、锰还原作用弱，应选用含锰、含硅量较高的焊丝。常选用H10Mn2、H10MnSi焊丝配合焊剂HJ360或H10MnSi焊丝配合焊剂HJ431。