A—TIG焊接法在薄壁管道焊接中的應(yīng)用

楊洪亮

摘?要：本文簡(jiǎn)述了活性焊接法（A-TIG）的特點(diǎn)，并和常見焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)做了比較。在此基礎(chǔ)上，分析了在熔池中加入活性劑后熔池中物理化學(xué)變化原理。最后以304鋼薄壁管道的焊接為例，制定其焊接方案，并對(duì)焊接結(jié)果進(jìn)行了分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：A-TIG焊接法 薄壁管道?分析總結(jié)

中圖分類號(hào)：TG457.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）10（a）-0104-01

1概述

在傳統(tǒng)焊接方法中對(duì)于厚度大于2毫米的管道焊接時(shí)一般都需要開坡口，當(dāng)焊接環(huán)形接頭時(shí)，在焊縫處容易產(chǎn)生焊接缺陷。對(duì)于要求比較特殊的管道，采用傳統(tǒng)的焊接方法通常都有很高的返焊率。因此管道的環(huán)形焊縫工藝是焊接技術(shù)中的重要問(wèn)題也是難題?；钚院附蛹夹g(shù)（A-TIG）是一種源自烏克蘭的焊接工藝，能夠大幅度的提高焊縫熔深，提高了焊接效率，能夠適應(yīng)多種焊接場(chǎng)合?；钚院附蛹夹g(shù)的關(guān)鍵是在焊接板材表面涂抹表面活性劑，起到增加焊接熔深的作用（焊接熔深可為普通TIG焊接熔深的2倍以上），其他的操作和傳統(tǒng)的TIG焊接相同，活性焊接法可達(dá)到單面焊接雙面成型的效果?；钚院附臃ǖ倪@一優(yōu)勢(shì)在管道焊接中具有重要意義，是解決重要管道焊接的關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)內(nèi)對(duì)活性焊接法的研究起步在20世紀(jì)90年代末期，目前為止已經(jīng)成功的研制出了可用于不銹鋼和碳鋼的焊接活性劑。實(shí)踐表明采用活性焊接法不僅能夠大幅度的降低焊接成本，同時(shí)還能減少焊接時(shí)間，因此具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)前的活性焊接法研究中，薄板材料的快速焊接技術(shù)是重要的研究領(lǐng)域，其成果可用于圓形薄壁管道的焊接以及其他的特殊外形的薄壁構(gòu)件焊接，而薄壁管道的焊接恰好是傳統(tǒng)焊接方法很難解決的問(wèn)題。

2其他管道焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

在傳統(tǒng)的焊接技術(shù)中，依據(jù)管道壁厚度和焊接質(zhì)量要求的不同，采用的方法可為手工鎢極氬弧焊、MAG焊、全位置熱絲TIG焊或是等離子弧焊等焊接工藝等。其中手工鎢極氬弧焊的焊接成本最低，但在管道厚度較大（>3mm）時(shí)，在焊接前需要對(duì)管道做60°的對(duì)稱的坡口，且不能留鈍邊。這一焊接方法最大缺點(diǎn)是不易控制焊縫成型，焊接質(zhì)量的保證率不高，且需要焊工具有很嫻熟的焊接技巧。而MAG焊是手工鎢極氬弧焊、蓋面焊和焊接夾具的組合。在進(jìn)行MAG焊時(shí)需要以手工焊接為基礎(chǔ)，再配合使用填充和蓋面焊。這一焊接方法由于在焊接前使用夾具將焊接構(gòu)件固定，焊接中構(gòu)件會(huì)發(fā)生熱力變形產(chǎn)生溫度應(yīng)力，在冷卻后可能出現(xiàn)裂紋和氣孔等缺陷。全位置熱絲TIG焊是一種近年來(lái)才開始使用的新型焊接方法，其主要工藝特點(diǎn)是在焊接前將焊絲預(yù)熱到三百到五百度，然后再把焊絲放入熔池。采用這一焊接方法可以避免在待焊接構(gòu)件上開出角度過(guò)大的坡口（一般只需要1～6°即可），但焊接時(shí)需要依賴窄間距焊槍，并且焊接前的構(gòu)件坡口角度加工要求較高，成本也較高。等離子弧焊的基恩原理是通過(guò)電弧獲得高能密度的等離子弧，使其穿過(guò)焊件，從而達(dá)到背面成型的效果，在尺寸較小的焊件焊接中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但成本相對(duì)較高，在處理尺寸較大的焊件時(shí)存在困難。通過(guò)以上分析可見，各類焊接方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但對(duì)于薄壁管道的焊接，以上幾類方法都存在不足。因此在本文中將以管壁厚度在6～10mm管道為例，以活性焊接法為手段，研究其全位置焊接工藝。

3添加活性劑后焊件熔池的物理化學(xué)變化特性分析

在研究薄壁管道的活性焊接工藝之前，應(yīng)當(dāng)了解在熔池添加活性劑后的物理化學(xué)變化，這些變化特性是制定相應(yīng)的焊接工藝的重要參考。在焊接過(guò)程中，熔池的形狀主要受焊件表面張力溫度系數(shù)的控制，而焊件表面張力系數(shù)的分布又和熔池不同位置的含氧量和溫度有關(guān)，這決定了熔池中的金屬融液的流動(dòng)方式存在差異。在添加活性劑后，在焊接過(guò)程中活性劑受高溫而分解，所含的氧原子釋放后會(huì)凝聚在熔池表面，改變?nèi)鄢氐谋砻鎻埩μ匦裕蛊渲匦路植?。這一過(guò)程中存在著氧原子聚集和擴(kuò)散的兩個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。這兩個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程使得熔池的表面張力系數(shù)的平衡過(guò)程變緩，從而加深熔池深度。當(dāng)氧原子的聚集和擴(kuò)散達(dá)到平衡的臨界點(diǎn)后，熔池達(dá)到最大深度。因此氧原子的這兩個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程是影響活性焊接的關(guān)鍵因素，為達(dá)到平衡的時(shí)間又和活性劑中的含氧量直接相關(guān)，因此在制定合適的焊工藝時(shí)，需要以此為基礎(chǔ)。在本節(jié)中，以304不銹鋼（成分為18Cr-8Ni）薄壁管道為例探討其活性焊接方法。

4薄壁不銹鋼管道焊接工藝

（1）管道特性分析。這類不銹鋼管道強(qiáng)度中等，可塑形和耐高溫特性都較好，但不利于熱處理強(qiáng)化。進(jìn)行焊接時(shí)，由于焊口處熱導(dǎo)率小，而線膨脹系數(shù)很大，焊縫處金屬融液高溫停留時(shí)間長(zhǎng)，容易形成鑄態(tài)結(jié)構(gòu)，價(jià)值在焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生明顯的局部熱力變形并產(chǎn)生溫度應(yīng)力，因此在普通焊接中很容易發(fā)生焊口處的焊接變形，從而影響焊接質(zhì)量。（2）焊接方案的擬定。用于焊接試驗(yàn)的鋼管直徑為45mm。在考慮其全位置焊接時(shí)，首先確定其全位置劃分。劃分方法為將鋼管的外徑周長(zhǎng)均勻劃分為6個(gè)相同的分段，各分段編號(hào)后按順序進(jìn)行焊接，焊接電源為直流電。為尋找最優(yōu)的焊接工藝參數(shù)，設(shè)置了5組焊件，分別采用了不同的參數(shù)組合。（3）焊接器材和工藝參數(shù)。在焊接中選用直徑2.4mm的鈰鎢極作為焊接鎢極，電弧長(zhǎng)度3～4mm。保護(hù)氣體為純度99.9%的氬氣，焊接時(shí)的管道外部保護(hù)氣體的噴氣流量為每分鐘10～5L升之間，管道內(nèi)的保護(hù)氣體噴氣流量控制在每分鐘1～2L之間。按照管道的焊接區(qū)段劃分編號(hào)，順序自1～6段逐段進(jìn)行焊接，預(yù)通氣時(shí)間為設(shè)置為3s，滯后氣時(shí)間設(shè)置為為6～8s，預(yù)熔時(shí)間設(shè)置為為4s，衰減時(shí)間設(shè)置為20s，熄弧電流設(shè)置為20A，焊接速度均為90mm/min，焊接電流在各試件中略有不同——各試1電流強(qiáng)度：90A，各試2電流強(qiáng)度：86A，各試3電流強(qiáng)度：82A，各試4電流強(qiáng)度：78A，各試5電流強(qiáng)度：74A，分段6電流強(qiáng)度：72A。（4）結(jié)果與分析。通過(guò)以上焊接參數(shù)進(jìn)行焊接后，得到了不同的焊接結(jié)果，從實(shí)驗(yàn)中得出的經(jīng)驗(yàn)如下：焊接電流的強(qiáng)度會(huì)直接影響到焊縫的熔池深度，如果焊接電流過(guò)大會(huì)導(dǎo)致熔穿，過(guò)小則會(huì)出現(xiàn)焊不透的情況。此外，預(yù)熔電流強(qiáng)度和預(yù)熔時(shí)間也都會(huì)對(duì)焊縫的熔寬造成影響。為了避免出現(xiàn)收付凹坑和焊接熱裂紋，收弧度電流和衰減時(shí)間也應(yīng)合理控制。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，不同化學(xué)成分和幾何尺寸的鋼管焊接在選定了器材的前提下，應(yīng)做多組試驗(yàn)的方式來(lái)確定最優(yōu)的參數(shù)組合，這樣才能保證在焊件焊接中的高質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]胡禮木，胡波，郭從盛.奧氏體不銹鋼TIG焊用活性劑的研制[J].焊接學(xué)報(bào)，2006，27（6）：33-35.

[2]薩維茨基.管子接頭全位置活性焊劑焊接技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2006（7）：83-85.

[3]楊春利，牛尾誠(chéng)夫，田中學(xué).TIG焊熔池表面張力的測(cè)定及表面活性劑的影響[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2000，36（10）：59-63.

[4]劉立君，張勇，林旭輝.管子全位置焊接打底焊工藝研究[J].新技術(shù)新工藝，2010（3）：23-24