甘肃省建筑设计研究院有限公司 兰州 730900
摘要：在焊接不锈钢管的过程中，其背面焊道与热影响区有氧化变色的可能，特别是管内壁难以进行酸洗钝化处理的情况下，不锈钢耐腐蚀性能会受到一定影响。基于此，文章将不锈钢管道焊接作为主要研究对象，重点阐述预防背面氧化的相关工艺十分有必要。
关键词：不锈钢管道焊接；背面氧化；工艺
根据长期实践可知，不锈钢管经久耐用，特别是在成本与质量解决后，被广泛应用于国内各类型工程项目建设中。近年来，不锈钢产业发展速度明显加快，而不锈钢管道焊接背面保护的问题也备受关注。在不锈钢材料中所含合金元素和氧的亲和力较高，若焊接时不采取保护措施，很容易使焊缝与热影响区产生氧化烧损，对焊接质量十分不利。由此可见，深入研究并分析不锈钢管道焊接防止背面氧化工艺具有一定现实意义。
一、奥氏体不锈钢焊接特点阐释
一般可根据组织形态将不锈钢分成A不锈钢、M不锈钢、F不锈钢与A-F双相不锈钢。在滑油管道与天然气管道中一般选择
.png)
型奥氏体不锈钢为主要材料[1]。其中，A不锈钢具有良好的耐蚀性，力学性能理想且可焊性能较强。然而在实际焊接期间，若所选工艺缺乏合理性，很容易使焊接接头位置出现晶间腐蚀与热裂纹的情况。
而且，A不锈钢线膨胀系数较大、热传导率较小，在实际焊接中容易产生变形与残余应力。加之冷却速度缓慢使得焊缝长期处于高温状态，使其内部产生柱状晶组织，于晶界部位形成低熔点共晶物。基于熔池凝固结晶形成的拉应力与外界拉应力影响，还会使热影响区形成液化裂纹，而焊缝则会形成凝固裂纹。
不锈钢因其所含Cr元素质量占比超过12%而具备耐蚀性，而实际焊接期间，若焊缝的热影响区域温度在450-850摄氏度之间，对于晶粒内所含碳的扩散速度超过Cr扩散速度，多余碳就会扩散至奥氏体晶粒的边界并且和铬有效结合，于晶界部位生成碳化铬。对于扩散速度较慢的Cr元素难以对晶界Cr缺失予以及时填充，致使晶界出现贫铬[2]。在这种情况下，一旦产品与具有腐蚀性的介质相遇，贫铬进阶即难以抗腐蚀而出现晶间腐蚀的现象，最终形成应力腐蚀开裂。为此，焊接产品的过程中，一定要对不锈钢焊接特点加以分析，并合理选择焊接工艺，以免产生热裂纹与晶间腐蚀等系列问题。
二、不锈钢管道焊接中保护焊缝背面具体方法
现阶段，焊接不锈钢管道的时候，保护焊接背面的主要方式一般有以下三种：
其一，背面加衬垫方法。实际操作的过程中，将衬垫加设于焊缝背面可将熔池金属承托起来，进而有效控制冷却凝固的过程，保证背面成形效果理想，所以被称为焊缝强制成形。此方法主要包括焊剂衬垫、铜衬垫与焊剂-铜衬垫。但由于背面加衬垫的方式存在显著的局限性，如果是在特定的条件下，很难将衬垫设置于管道内部，因而实际应用并不多见。
其二，熔化极药芯焊丝气体保护焊。在实际操作的过程中，通过对药芯焊丝的使用将焊剂有效包裹，而焊接期间，在高温燃烧的环境中，包裹在内部的焊剂就会形成气体与渣皮，进而保护背面焊缝，以免有氮气、氧气入侵[3]。对自保护焊丝应用的主要优势就是不会受到焊接位置与管材规格等客观条件约束，然而表面有涂层，会使操作者有不适感。若焊工操作能力不强，还会出现焊接缺陷。
其三，对管道焊口内侧实施通气保护。一般在焊接不锈钢管的时候，所用保护气体以氩气为主，即惰性气体。此气体耐高温性能显著，不会和焊缝金属产生化学反应，所以得到了广泛应用。而将堵板应用在管道焊口的内侧将其两侧封堵住，同时将锡箔纸胶带粘贴在焊口外侧进行封堵。在实际焊接的过程中，通过预先通气、施焊作业以及滞后通气工艺等的运用，在撕除外侧锡箔纸的同时焊接，可有效避免氧气的侵入，以免焊缝的内侧出现氧化。这样一来，即可确保打底焊缝质量满足标准要求。
三、不锈钢管道焊接背面氧化防止工艺的改进措施
焊接不锈钢管道期间，背部焊道表面与热影响区氧化变色烧损的发生率较高，致使不锈钢耐腐蚀性受损。长期以来，焊缝背面氧化烧损的原因主要有：1）为采取充氩气保护；2）充对性气体方式不合理；3）保护气纯度偏低；4）不锈钢导热性能不良；5）起弧与断弧操作期间，空气通过焊接坡口进入里口而增加里口含氧量；6）焊接充填层与盖面层的各项参数控制不合理。要想使焊接接头质量达标且不对材质既有性能造成损害，一定要合理改进既有工艺，尽可能防止焊缝背面氧化烧损的问题发生[4]。
第一，若里口保护气内有大量氧气混入而诱发氧化烧损，只要排除保护气内的氧气即可。所以，应选择堵板与锡箔纸等相关材料封堵，将氩气充入管内以后置换空气，利用所需充气方法有效避免管内侧气体出现涡旋的情况。这样一来，即可对气的纯度加以保护，常用的保护气就是99.9%纯度的氩气。
第二，可借助置换手段将不锈钢管道内部的空气排出。因为氩气的密度比空气大，所以根据低充高排基本原则操作，适当将操作的时间增加即可。
第三，焊接操作之前需将保护气提前充入其中，在电弧燃烧状态下即可烧除所混入氧气，此时即可使焊道背面氧化风险系数下降[5]。而且，滞后停气可确保断弧以后特定时间内的焊道始终被氩气保护，直到冷却为止。
第四，对坡口封堵处理时应选择密封性较强的锡箔纸胶带，以免焊接期间空气通过坡口向管道内部进入。另外，可选择具备提前送气与滞后停气功能的高频引弧焊枪以及专业焊机，在撕除锡箔纸的同时进行焊接，保证锡箔纸焊口必维被撕开后能够一次性完成焊接，降低断弧操作几率。
第五，焊接期间要选择参数较小的对称焊接方式，对层间温度加以控制，尽量使焊接的速度增加，以免焊接期间输入热量，致使高温环境中背面焊道氧化与烧损[6]。
第六，焊接时应针对焊缝两侧实施降温处理，一般选择循环水冷却铜管缠绕的方式，也可将棉湿布缠绕在焊道的两侧，使得焊道冷却的速度更快，减少氧化烧损现象发生率。
结束语：
综上所述，实施不锈钢管道焊接操作期间，为避免出现焊道背面氧化烧损的情况，需合理优化既有焊接工艺。根据长期操作实践发现，焊道背面氧化的原因诸多，因而在采用防止背面氧化工艺的时候要结合多种不利因素制定改进方法，使不锈钢管道背面氧化问题得以解决。
参考文献：
[1]刘新海，刘新儒，丁自力，等. 不锈钢管道焊接防止背面氧化工艺措施[J]. 金属加工（热加工），2020（1）：16-17.
[2]李亚军，赵太源，肖莉. CO2压缩机管道用不锈钢的焊接工艺研究[J]. 现代制造工程，2019（11）：90-93.
[3]张胜玉，陈国庆，刘辉. 高洁净度不锈钢压缩空气管道焊接技术的研究[J]. 建筑施工，2019，41（5）：862-864，867.
[4]杨琦栋，刘建成. 药皮焊丝焊接不锈钢管道应用探讨[J]. 中国科技纵横，2017（3）：43.
[5]夏军，李杰，闵玉龙，等. 核电站大口径不锈钢薄壁管在役焊接质量控制[C]. 2019’中国核电焊接技术研讨会论文集. 2019：216-221.
[6]夏军，李杰，闵玉龙，等. 核电站大口径不锈钢薄壁管在役焊接质量控制[J]. 电焊机，2019，49（4）：216-221.
作者简介：
顾金玲，女，甘肃白银出生1986年6月，本科，甘肃省建筑设计研究院有限公司，中级，研究方向：结构设计。