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工艺气管线是输送工艺气的主要管道，其焊接质量直接影响到工艺气的安全、稳定和高效使用。在工艺气管线的对接焊中，常用的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊和自动焊等。其中，手工氩弧焊打底电弧焊盖面的组合焊接方法具有一定的优势。本例中的管道参数见表１。
表1工艺气管线数表
一、工艺气管线焊接机具及材料
1、焊接机具
在本例中由于现场环境问题有诸多限制的情况下，为了满足流动性和频繁搬运的需求，同时又考虑到管道对接焊打底焊接热规范较小，因此选用了不带控制按钮的逆变交流电焊机例ZX7-ST。
图１ZX7-ST逆变交流电焊机
2、材料
手工钨极氩弧焊材料主要有氩气、钨棒和焊丝。
（１）氩气
氩气纯度要求：氩气可以防止空气中的氧、水蒸汽等与金属发生化学反应，造成金属氧化，本案例使用的氩气纯度为99.5％。
有效保护区的测试：氩气在焊接过程中的作用是形成保护层，防止外部空气中的杂质进入焊接区域。
为了评定氩气保护的效果，可以采用测量“有效保护”直径的试验方法。
具体步骤如下：
１．使用钢板作为焊件。
２．使用直流电源作为电源。
３．选择合适的焊接工艺参数。
４．引燃电弧后，将焊枪固定在位置上，保持电弧燃烧5~10秒。
５．观察焊接区域，如果氩气保护效果良好，将能够清晰地看到一个明亮的圆圈，这代表了有效保护区。如果保护效果不好，几乎看不到光亮的圆圈。
（２）钨棒
纯钨的逸出功较高，因此不容易引弧。手工钨极氩弧焊一般采用铈钨棒或钍钨棒作为钨棒，铈钨棒在效果上优于钍钨棒。这是因为铈钨棒通常在电弧稳定性和钨极寿命方面表现更好。铈钨棒的性能使得焊接过程更容易控制，电弧更加稳定，同时也减少了钨极的烧损，从而延长了钨极的使用寿命。
钨极的端部形状采用尖锐的钝角形状，如图2中所示。这种形状有助于集中电弧并使其更加稳定。稳定的电弧有助于获得高质量的焊接，减少了焊接区域的溅射和不均匀地熔化。图２钨棒端部的形状要求
（３）焊丝
在选择焊丝时，可以选择国产或进口的焊丝，具体取决于可用的选项以及您的项目需求。通常建议选用与母材化学成分相同或相近的焊丝，以确保焊接时有更好的匹配性和兼容性。常用焊丝牌号见表2。
表2常用焊丝牌号
本例工艺气管线材质为STPA23（相当于国产15CrMo），故选用牌号为TGS-1CM的焊丝。
二、焊接前工艺评定
焊接前工艺评定是确保焊接质量和一致性的关键步骤。通过明确定义焊接工艺参数、选择适当的设备、了解材料规格和施加必要的热处理，这些规范和参数的制定应遵循相关的焊接标准和规范。以下是有关焊接前工艺评定的主要内容：
-01-各层焊接方法及参数规范
在焊接前，需要明确定义各个焊接层次的焊接方法和相关参数规范。这包括电流大小、钨极直径、氩气流量、喷嘴直径等。
-02-设备型号及电流极性
需要指定使用的焊接设备型号以及所需的电流极性（直流或交流）。
-03-母材和焊材信息
需要明确使用的母材和焊材的牌号、规格、坡口形式以及对接尺寸。
-04-焊前预热和焊后热处理规范
需要进行焊前预热和／或焊后热处理，以减少应力、改善焊接接头的性能。这些参数通常会根据焊接材料和项目的要求来确定。
三、焊接操作工艺
焊接工艺是决定焊缝质量的重要因素，它受到多个因素的影响，包括母材、焊材、氩气纯度等。此外，焊接操作规程的正确性和相关条件也对焊缝质量产生重要影响。例如，在焊前清理、气体保护、合理选择规范以及熟练掌握操作技术等方面都是确保获得高质量焊缝的前提条件。
以下是一些成功的焊接经验介绍：
１、焊前清理
在焊接过程中，氩气会形成一个密闭的保护罩，保护焊接部位不受外界干扰和氧化。如果焊前不进行充分地清理或清理不彻底，有害气体将会受到保护而不易散出，从而导致焊缝产生气孔等缺陷。因此，在进行焊接前，必须对焊接部位进行充分地清洁和除油处理。
２、点固焊及打底焊缝
点固焊和打底焊缝是常用的焊接技术。点固焊的目的是为了固定管道对口位置，防止在正式焊接时发生错位或变形。点固焊应按照相应的规范和技术要求进行，具体要求可参考表３。
表3点固焊规范及技术要求
打底焊缝应具备一定的厚度，对于小于10ｍｍ的管道，打底焊缝的厚度应大于2ｍｍ，并且打底焊应该一气呵成，中间不可停顿或中断。
３、工艺规范
工艺规范是指根据不同的工况和要求，选择合适的钨棒、喷嘴、电流、流量等参数，以保证焊接效果和效率。以下介绍几个常用的工艺规范：
3.1钨棒及焊丝的直径计算
钨棒和焊丝的直径应根据管道的直径和壁厚来确定，一般情况下，钨棒直径应小于或等于管道壁厚，而焊丝直径应小于或等于钨棒直径。本例中选择钨棒直径为2.0ｍｍ。
3.2喷嘴内径的计算公式
喷嘴内径过小，会导致气体流速过快，造成气流紊乱，影响保护效果；喷嘴内径过大，会导致气体流量过大，造成气体浪费，增加成本。根据经验公式：
D＝2d＋4
其中：D：喷嘴内径、d：钨棒直径；单位为ｍｍ
本例中使用2.0ｍｍ的钨棒，因些公式为：Ｄ＝2ｘ2＋4＝8ｍｍ
根据实际经验和市场供货情况我们大多选用10ｍｍ的喷嘴。
3.3氩气流量的计算公式
氩气流量过小，会导致保护范围不足，易受外界空气的影响，造成焊缝氧化或夹杂；氩气流量过大，会导致保护范围过大，易受焊接热源的影响，造成焊缝凹陷或变形。计算氩气流量的经验公式：
Ｑ＝ＫＤ
其中：Q：流量（L／min）；D：喷嘴内径（ｍｍ）；K 是一个系数（取值范围为 0.8到1.2）。
根据经验，当喷嘴内径大于10mm时，我们可以选择K的上限值；而当喷嘴内径小于10mm时，我们可以选择K的下限值。如本例中的工艺气管道焊接时，Ｑ＝1.2ｘ10 ＝12L／min。
3.4钨棒伸出长度
钨棒伸出长度过短，会导致电弧不稳定，易产生飞溅或短路；钨棒伸出长度过长，会导致电弧过长，易产生偏移或断裂。一般情况下，钨棒伸出长度以6~7ｍｍ为宜。
3.5坡口型式
坡口型式应根据管道的直径、壁厚、材质等因素来确定，一般情况下，对于直径小于或等于50ｍｍ的管道，采用单面Ｖ型坡口；对于直径大于50ｍｍ的管道，采用双面Ｖ型坡口或Ｕ型坡口。本例中使用单面Ｖ型坡口，角度为70°，间隙为3.0ｍｍ，钝边为1.5ｍｍ。如图３。图３单面Ｖ型坡口3.6焊接电流
焊接电流的决定通常基于焊接材料直径和所使用电焊条直径的匹配程度。在进行工艺气道焊接时，建议将焊接电流保持在75-80A的范围内。需要注意的是，在实际操作中，应根据具体情况进行适当地调整，并通过试验来确定最佳的焊接电流。
3.7焊接方法
手工氩弧焊有两种打底操作方法：不添焊丝法和添焊丝法。
1不添焊丝法
这种方法是通过电弧熔化母材钝边形成底层焊缝。要求管道对口没有间隙，且留有1.5～2mm的钝边。
2添焊丝法
添焊丝法可以分为外添焊丝法和内添焊丝法两种焊接方式，用于焊接送丝。
图４内填焊丝法和外填焊丝法
在外添焊丝法中，焊丝是从坡口外侧添加的。这种方法要求对口间隙小、焊接速度快、填充金属少，易于掌握。在工艺气管道焊接时通常采用此方法进行焊接。
而内添焊丝法适用于空间位置较困难的焊接任务，焊丝是从对口间隙伸入管道内部进行添加。四、操作技术及注意事项
手工钨极氩弧焊打底焊操作技术需要注意以下几点：注意事项
1、钨极接触工件的速度要轻快，防止碰断钨头，以避免电弧不稳定和夹钨现象。
2、焊接开始后，应先使用电弧将工件加热，待形成溶池后，再添入焊丝。这时焊速要慢，并多加些焊丝，以加厚焊缝，以防止出现裂纹。
3、焊接完毕时，应立即将电弧移至坡口边缘并快速熄灭，以避免产生弧孔或裂纹。
4、在焊接过程中，要计划好焊丝的长度，尽量避免中途换焊丝，以减少“冷接头”现象的发生，从而降低焊接缺陷的可能性。
5、焊接时一定要注意安全，穿戴齐全的防护装备，避免因为氩气中毒、眼睛受伤或皮肤灼伤等意外事故的发生。
五、焊接后工艺评定
对于管道对接焊接后的工艺评定，通常需要进行以下项目的评定和检测：
1.外观质量评定
通过对焊缝外观进行检查，包括焊缝的均匀性、焊缝形状、焊缝的凹凸度、气孔、夹渣等进行评定。
2.无损探伤评定
使用无损探伤方法如超声波、射线或磁粉检测等对焊缝进行评定，以检测是否存在焊缺陷如裂纹、气孔、夹渣等。
4.拉力实验评定
通过进行拉力试验，测试焊缝的抗拉强度和延伸率，来评定焊接的强度和可靠性。
5.弯曲实验评定
对焊接部位进行弯曲试验，评定焊缝的可靠性和韧性，检测是否产生裂纹或断裂。
6.冲击韧性实验评定
通过进行冲击试验，评定焊缝在低温下的韧性能力，以判断焊接材料的低温脆性。
以上评定结果会根据相关标准和规范进行判断，如果符合要求则认定为合格，并出具相关报告。评定结果和报告通常由资质认证机构、检验机构或专业工艺评定部门进行发布。