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一. 概述

在不銹鋼管道氬弧焊施工過程中，管道內(nèi)充氬氣是焊接過程重要環(huán)節(jié)之一，管道內(nèi)充氬氣對保證焊接質(zhì)量起著決定性的作用。

以往在油田不銹鋼管口焊接施工過程中，焊口的內(nèi)充氬所用材料不規(guī)范，導(dǎo)致焊口保護不良和材料與氬氣的浪費，影響了焊接的質(zhì)量。

為了解決以往不銹鋼管口焊接時內(nèi)充氬不好控制及浪費現(xiàn)象，易產(chǎn)生焊口內(nèi)側(cè)氧化等一系列問題，自行研制了具有應(yīng)用范圍比較廣、易于操作及節(jié)約氬氣等優(yōu)點的焊口內(nèi)充氬裝置。

二. 不銹鋼管道內(nèi)沖氬現(xiàn)狀

以往在不銹鋼管道氬弧焊施工過程中，管道內(nèi)充氬氣通常在充氣管上綁扎泡沫海綿、紙箱板等材料對焊縫兩側(cè)進行封堵，雖然能達(dá)到一定效果，但不能適用彎頭內(nèi)沖氬（見圖 1）。

采用上述方法雖然對保證焊接質(zhì)量發(fā)揮了一定的作用，但存在如下問題和缺陷：

1. 對彎頭焊縫不適用或效果不理想；

2. 采用泡沫海綿封堵與橡膠板封堵相比氬氣消耗量相對較大（12～15L/min），封堵材料需要經(jīng)常更換，難以滿足彎頭焊口的內(nèi)沖氬。

三. 主要改進內(nèi)容

改進的內(nèi)充氬裝置如圖 2 所示。

圖 2 內(nèi)充氬裝置外觀圖

管道內(nèi)充氬裝置主要由五部分組成：

1. 充氣管（見圖 3）：氬氣充入的主要通道，采用 DN22 鋼管兩頭絲扣，(在絲扣位置可隨意調(diào)節(jié)橡膠板距離) 1/ 3 處為不銹鋼波紋軟管，不銹鋼波紋軟管兩側(cè)設(shè)計氬氣分流孔，使內(nèi)沖氬氣體更加均勻，前端留有Ф5mm 小孔（見圖 3），后端 7mm 深處擋板臺階（見圖 4），用于防御脫落機構(gòu)的安裝。

圖 3 充氣管

圖 4 充氣管后端

2. 防脫落軟連接機構(gòu)：防止波紋管彎長時間使用發(fā)生疲勞斷裂，前端無法取出而設(shè)計，將其穿入充氣管中，前端Ф5mm 螺栓、中間用Ф2mm 的鋼絲繩連接、后端Ф4mm 螺栓和 8 個Ф2.5mm 的通氣孔卡片組成（帶備帽）（見圖 5、圖 6）。

圖 5 防脫落軟連接機構(gòu)

圖 6 防脫落軟連接機構(gòu)后端

3. 導(dǎo)向機構(gòu)：便于裝置彎轉(zhuǎn)，用 3mm 鋼板制作導(dǎo)向板，鋼板上焊接 4 個Ф8～Ф12mm 可交叉回位的螺桿（帶備帽、行走輪），另一側(cè)焊接管箍和絲頭（見圖 7）。

圖 7 導(dǎo)向機構(gòu)

4. 密封片：將氬氣進行密封的作用，根據(jù)使用管徑制作比管內(nèi)徑稍大 1～2mm，厚 8mm 的橡膠板，在一側(cè)開Ф10mm 小孔塞上泡沫海綿，（防止打底焊道收口時氬氣流量過大，影響正常焊接），超過Ф159mm 的焊口，橡膠板兩側(cè)用小于管內(nèi)徑 20～30mm 薄鐵板夾緊，以防止橡膠板變形，出現(xiàn)封閉不嚴(yán)現(xiàn)象的產(chǎn)生，如圖 8 所示

圖 8 密封片

5. 氣源連接機構(gòu)：由氣嘴、管箍、接長管、螺帽和備帽等組成，根據(jù)實際管道長度進行連接相應(yīng)長度的連接管。

四. 技術(shù)關(guān)鍵

1. 如何保證導(dǎo)向及前端密封板順利通過彎頭，并使密封片垂直鋼管或彎頭中心線，隨著彎頭轉(zhuǎn)彎角度靈活轉(zhuǎn)向，達(dá)到良好的密封效果；

2. 如何防止裝置前端（導(dǎo)向機構(gòu)和密封片）與金屬軟管脫離，卡在管中；

3. 如何提高內(nèi)充氬保護效果。

五. 解決途徑

1. 在充氣管 1 / 3 處安裝不銹鋼波紋軟管，充氬裝置前端安裝導(dǎo)向機構(gòu)，并與前端密封片剛性連接。當(dāng)充氬裝置導(dǎo)向機構(gòu)沿彎頭曲率前進使前端密封片垂直中心線達(dá)到良好的密封效果，同時不銹鋼軟管彎曲并帶動前端密封片到達(dá)設(shè)計密封位置。

2. 在充氣管中安裝防脫落軟連接機構(gòu)，當(dāng)不銹鋼波紋軟管脫落時，可以通過軟連接機構(gòu)將前端導(dǎo)向機構(gòu)和密封片取出。

3. 通過焊口外貼美紋紙，在焊接過程中，美紋紙在電弧前約 10mm 處燃燒，極大的降低氬氣消耗量，進一步提高了焊接質(zhì)量。

六. 達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)

1. 適用于內(nèi)徑Ф60～Ф426 mm 直管、彎頭、對焊法蘭焊縫內(nèi)充氬。

2. 充氬耗氣量僅 3～5L/min。

七. 應(yīng)用

成果應(yīng)用情況、取得的經(jīng)濟效益和社會效益、詳細(xì)測算或評價依據(jù)、遠(yuǎn)景預(yù)測

1. 成果應(yīng)用情況

該項革新成果在南八天然氣處理廠工程不銹鋼管線、彎頭、對焊法蘭焊接施工中采用本沖壓裝置和外纏美紋紙的方法（見圖 9、10、11），收到良好效果。

圖 9 南八天然氣處理廠工程成果應(yīng)用

圖 10 使用泡沫海綿內(nèi)充氬的焊縫

圖 11 使用內(nèi)充氬裝置的焊縫

2. 取得的經(jīng)濟效益和社會效益

該充氬裝置與原有幾種充氬方式相比，操作簡便，內(nèi)沖氬效果更好，并解決了彎頭焊縫充氬的難題。與采用泡沫海綿封堵充氬相比降低氬氣耗用量 3～5 倍，節(jié)約了成本，提高功效 2 倍以上，有效保證了焊接質(zhì)量。

3. 使用方法安裝與管內(nèi)壁相應(yīng)的橡膠板，在不銹鋼焊口焊接前后送入和抽出即可。

4. 遠(yuǎn)景預(yù)測

該內(nèi)充氬裝置的研制成功，為Ф60～Ф426mm 不銹鋼管徑的彎頭、直管焊接施工，提供了靈活有效的施工機具。具有較強的適用性，值得推廣。

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