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根据国内现有的不锈钢管道内冲氩装置的现状，针对Ф60～Ф426mm 管道及弯头的焊接质量，操作更为便捷，节省氩气的特点，研制了管道及弯头焊缝内充氩装置，实际应用效果良好，为不锈钢管道内冲氩提供了较为先进、有效的施工机具。
在不锈钢管道氩弧焊施工过程中，管道内充氩气是焊接过程重要环节之一，管道内充氩气对保证焊接质量起着决定性的作用。
以往在油田不锈钢管口焊接施工过程中，焊口的内充氩所用材料不规范，导致焊口保护不良和材料与氩气的浪费，影响了焊接的质量。
为了解决以往不锈钢管口焊接时内充氩不好控制及浪费现象，易产生焊口内侧氧化等一系列问题，自行研制了具有应用范围比较广、易于操作及节约氩气等优点的焊口内充氩装置。
2 不锈钢管道内冲氩现状
以往在不锈钢管道氩弧焊施工过程中，管道内充氩气通常在充气管上绑扎泡沫海绵、纸箱板等材料对焊缝两侧进行封堵，虽然能达到一定效果，但不能适用弯头内冲氩（见图 1）。
图 1 以前内充氩装置
采用上述方法虽然对保证焊接质量发挥了一定的作用，但存在如下问题和缺陷：
2.1 对弯头焊缝不适用或效果不理想；
2.2 采用泡沫海绵封堵与橡胶板封堵相比氩气消耗量相对较大（12～15L/min），封堵材料需要经常更换，难以满足弯头焊口的内冲氩。
3 主要改进内容
改进的内充氩装置如图 2 所示。
图 2 内充氩装置外观图
管道内充氩装置主要由五部分组成：
3.1 充气管（见图 3）：
氩气充入的主要通道，采用 DN22 钢管两头丝扣，(在丝扣位置可随意调节橡胶板距离) 1/ 3 处为不锈钢波纹软管，不锈钢波纹软管两侧设计氩气分流孔，使内冲氩气体更加均匀，前端留有Ф5mm 小孔（见图 3），后端 7mm 深处挡板台阶（见图 4），用于防御脱落机构的安装。
图 3 充气管 图 4 充气管后端
3.2 防脱落软连接机构：防止波纹管弯长时间使用发生疲劳断裂，前端无法取出而设计，将其穿入充气管中，前端Ф5mm 螺栓、中间用Ф2mm 的钢丝绳连接、后端Ф4mm 螺栓和 8 个Ф2.5mm 的通气孔卡片组成（带备帽）（见图 5、图 6）。
图 5 防脱落软连接机构 图 6 防脱落软连接机构后端
3.3 导向机构：便于装置弯转，用 3mm 钢板制作导向板，钢板上焊接 4 个Ф8～Ф12mm 可交叉回位的螺杆（带备帽、行走轮），另一侧焊接管箍和丝头（见图 7）。
图 7 导向机构
3.4 密封片：将氩气进行密封的作用，根据使用管径制作比管内径稍大 1～2mm，厚 8mm 的橡胶板，在一侧开Ф10mm 小孔塞上泡沫海绵，（防止打底焊道收口时氩气流量过大，影响正常焊接），超过Ф159mm 的焊口，橡胶板两侧用小于管内径 20～30mm 薄铁板夹紧，以防止橡胶板变形，出现封闭不严现象的产生，如图 8 所示。
图 8 密封片
3.5 气源连接机构：由气嘴、管箍、接长管、螺帽和备帽等组成，根据实际管道长度进行连接相应长度的连接管。
4 技术关键
4.1 如何保证导向及前端密封板顺利通过弯头，并使密封片垂直钢管或弯头中心线，随着弯头转弯角度灵活转向，达到良好的密封效果；
4.2 如何防止装置前端（导向机构和密封片）与金属软管脱离，卡在管中；
4.3 如何提高内充氩保护效果。
5 解决途径
5.1 在充气管 1 / 3 处安装不锈钢波纹软管，充氩装置前端安装导向机构，并与前端密封片刚性连接。当充氩装置导向机构沿弯头曲率前进使前端密封片垂直中心线达到良好的密封效果，同时不锈钢软管弯曲并带动前端密封片到达设计密封位置。
5.2 在充气管中安装防脱落软连接机构，当不锈钢波纹软管脱落时，可以通过软连接机构将前端导向机构和密封片取出。
5.3 通过焊口外贴美纹纸，在焊接过程中，美纹纸在电弧前约 10mm 处燃烧，极大的降低氩气消耗量，进一步提高了焊接质量。
6 达到的主要技术指标
6.1 适用于内径Ф60～Ф426 mm 直管、弯头、对焊法兰焊缝内充氩。
6.2 充氩耗气量仅 3～5L/min。
7 成果应用情况、取得的经济效益和社会效益、详细测算或评价依据、远景预测
7.1 成果应用情况
该项革新成果在南八天然气处理厂工程不锈钢管线、弯头、对焊法兰焊接施工中采用本冲压装置和外缠美纹纸的方法（见图 9、10、11），收到良好效果。
图 9 南八天然气处理厂工程成果应用
图 10 使用泡沫海绵内充氩的焊缝 图 11 使用内充氩装置的焊缝
7.2 取得的经济效益和社会效益
该充氩装置与原有几种充氩方式相比，操作简便，内冲氩效果更好，并解决了弯头焊缝充氩的难题。与采用泡沫海绵封堵充氩相比降低氩气耗用量 3～5 倍，节约了成本，提高功效 2 倍以上，有效保证了焊接质量。
7.3 使用方法
安装与管内壁相应的橡胶板，在不锈钢焊口焊接前后送入和抽出即可。
7.4 远景预测
该内充氩装置的研制成功，为Ф60～Ф426mm 不锈钢管径的弯头、直管焊接施工，提供了灵活有效的施工机具。具有较强的适用性，值得推广。
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