A-TIG焊在碳鋼焊接中的應(yīng)用

靳海成，周俊紅，王俊紅，李廣民

（中國(guó)石油天然氣管道科學(xué)研究院，河北廊坊 065000）

0 引言

活性劑焊接 （Activating flux-TIG，簡(jiǎn)稱(chēng)A-TIG焊）是由烏克蘭巴頓焊接研究所在上世紀(jì)60年代研發(fā)的，但此后直到90年代末期，歐美國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)才對(duì)該技術(shù)開(kāi)展了廣泛的研究。這種技術(shù)是焊前在母材表面涂敷一層活性劑，在相同的焊接規(guī)范下，同常規(guī)TIG焊相比，可以大幅度地提高焊縫熔深 （最大可達(dá)300%）。同常規(guī)TIG焊相比，A-TIG焊能夠大幅度提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)還可以減小焊接變形，具有廣泛的應(yīng)用前景。本項(xiàng)目研究了在鈍邊為4 mm時(shí)，無(wú)活性劑TIG焊和涂敷活性劑TIG焊的熔透情況，同時(shí)也對(duì)20#鋼管全位置焊接工藝進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)采用的施焊材料為碳鋼Q235-B板材（試樣尺寸為250 mm×150 mm×12 mm）和20#鋼管 （規(guī)格為D 168 mm ×4 mm）；表面活性劑材料主要為SiO2、TiO2、CaO、MgO、鹵化物、Cr2O3等。

鋼板焊接分為無(wú)活性劑TIG焊和涂敷活性劑TIG焊，坡口角度60°，鈍邊4mm，焊接電流200A，焊接電壓14～16 V，焊接速度6.5～7.0 cm/min。在板材試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了20#鋼管的A-TIG焊工藝研究。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 鈍邊4 mm板材的焊縫成型狀況

圖1為鈍邊4 mm、無(wú)間隙、焊接電流200A的焊接試件，可以看出，在焊接試件正面，無(wú)活性劑焊縫和涂敷活性劑焊縫都熔合較好；背面無(wú)活性劑焊縫區(qū)未焊透，涂敷活性劑焊縫區(qū)焊透，并且成型良好。對(duì)于鈍邊4 mm、間隙2 mm、焊接電流200 A的焊接試件，在焊接試件正面，無(wú)活性劑焊縫和涂敷活性劑焊縫都熔合較好；背面無(wú)活性劑焊縫區(qū)未焊透，涂敷活性劑焊縫區(qū)焊透，但成型較差，背面成型情況如圖2所示。

圖1 鈍邊4 mm、無(wú)間隙的試件成型情況

圖2 鈍邊4 mm、間隙2 mm的試件背面成型情況

2.2 20#鋼管的A-TIG焊接工藝試驗(yàn)分析

在鋼板焊接的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了20#鋼φ168mm×4 mm鋼管的A-TIG焊接試驗(yàn)，管段不開(kāi)坡口，不留間隙，焊接電流180 A，電壓16～17 V，焊接效果如圖3所示。由于不用填充材料，需要母材熔化來(lái)熔合焊縫，因而焊后平焊位低于母材；立焊位母材熔化向下流，使得焊縫與母材齊平或略低于母材；仰焊位由于母材下墜，因而高于母材。在完成A-TIG焊后，采用GB 8110 ER 49-1氬弧焊絲進(jìn)行蓋面，圖4為蓋面焊后的焊接接頭效果，對(duì)接頭進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn)。

圖3 不同位置A-TIG焊的效果

圖4 蓋面焊后焊接接頭效果

2.2.1 拉伸試驗(yàn)

表1為A-TIG焊接的拉伸試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，其抗拉強(qiáng)度大于20#鋼母材的最小抗拉強(qiáng)度，圖5為焊接接頭斷裂照片。

表1 A-TIG焊接拉伸試驗(yàn)結(jié)果

圖5 焊接接頭拉伸斷裂

2.2.2 彎曲試驗(yàn)

表2為彎曲試驗(yàn)結(jié)果?？梢钥闯觯鎻澰囼?yàn)都未出現(xiàn)裂紋，性能較好，見(jiàn)圖6；背彎試驗(yàn)R1出現(xiàn)1.0 mm的裂紋，R3出現(xiàn)7.0 mm的邊裂紋，主要原因是，焊接速度不一樣，根部有的部位熔合不良，成為出現(xiàn)裂紋的起源，如圖7所示。

表2 A-TIG焊接彎曲試驗(yàn)結(jié)果

圖6 面彎試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 宏觀金相試驗(yàn)

圖7 背彎試驗(yàn)結(jié)果

表3為宏觀金相試驗(yàn)結(jié)果。在標(biāo)記M1中存在φ 0.8 mm氣孔，但也符合要求，如圖8所示。

表3 宏觀金相試驗(yàn)結(jié)果

圖8 宏觀金相試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，20#鋼A-TIG焊在不降低焊接效率和焊接質(zhì)量的前提下，能夠減少焊接層數(shù)1層和焊接材料的使用，并滿(mǎn)足焊接接頭性能的要求。

3 結(jié)論

（1）碳鋼采用A—TIG焊，可使鈍邊厚度為4 mm，在無(wú)間隙或有間隙的條件下，一次性焊透。

（2）20#鋼管采用A-TIG焊，在不降低焊接效率和焊接質(zhì)量的前提下，能夠減少焊接層數(shù)1層和焊接材料的使用，并滿(mǎn)足焊接接頭性能的要求。