有色金屬壓力容器非熔化極氬弧焊焊接工藝

有色金屬壓力容器非熔化極氬弧焊焊接工藝

付洪亮

(沈陽(yáng)工程學(xué)院 能源與動(dòng)力學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110136)

摘要：在碳鋼及低合金鋼壓力容器焊接工藝中，已廣泛采用非熔化極(鎢極)氬弧焊焊接方法。有色金屬與碳鋼及低合金鋼相比，可焊性較差，焊接難度較大，所以有色金屬非熔化極(鎢極)氬弧焊焊接工藝還不夠成熟。以有色金屬(包括鋁、銅、鎂等及其合金)壓力容器焊接為例，通過(guò)大量的工程實(shí)踐證明，從焊接材料、焊接接頭型式及尺寸、焊前準(zhǔn)備、焊接過(guò)程等方面來(lái)研究非熔化極氬弧焊焊接工藝，可以使有色金屬壓力容器焊接接頭的焊接質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

關(guān)鍵詞：有色金屬；壓力容器；非熔化極；氬弧焊；焊接工藝

收稿日期：2015-03-16

作者簡(jiǎn)介：付洪亮(1971-),男,遼寧盤(pán)錦人，高級(jí)工程師。

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.04.018

中圖分類(lèi)號(hào)：TG456

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1603(2015)04-0378-03

Abstract：In the process of carbon steel or low-alloy steel pressure vesselwelding,the argon-arc welding of non-melt pole(Tungsten pole) is widely used.Because thenon-ferrous metal is more difficult to be welded than carbon steel and low-alloy steel,this weldingtechnology of non-ferrous metals by non-melt pole (Tungsten pole) argon-arc welding is not developed enough.Takingpressure vesselwelding made of non-ferrous metals(like Aluminum,Copper,Magnesium and their alloys) for examples,the technologyhas been studied in the fellow aspects of welding metals,the type and size of welding joint,welding preparation,welding process and so on.A large number of engineering practices show that the improved welding technology can make the quality of non-ferrous metal pressure vessel jointwelding reach the standard requirement.

非熔化極氬弧焊是一種在非消耗性電極和工作物之間產(chǎn)生熱量，使用純鎢或活化鎢電極，以惰性氣體-氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊接方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，以有色金屬壓力容器對(duì)焊(包括銅與銅的焊接、銅與鋁的焊接、鋁與鋁的焊接，銅與鎂的焊接等)為例，總結(jié)了有色金屬壓力容器非熔化極氬弧焊焊接工藝。

1焊接材料

壓力容器焊接所用的板材、填充金屬(焊絲)必須有出廠質(zhì)量合格證明書(shū)，對(duì)無(wú)合格證或項(xiàng)目不全的材料則應(yīng)對(duì)其化學(xué)成分與機(jī)械性能進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)方可使用。不同牌號(hào)的焊絲必須分別存放，并標(biāo)以明顯標(biāo)記。焊絲應(yīng)根據(jù)板材的成分選擇與其成分相同或相近的牌號(hào)，電極要求含有氧化鈰鎢極。由于有色金屬的化學(xué)性能均活潑，因此要求氬氣的純度較高，一般均應(yīng)在99.7%以上，各種材料對(duì)氬氣的純度要求參見(jiàn)表1。

2焊接接頭型式及尺寸

由于氬弧焊不用焊藥，沒(méi)有殘留的腐蝕作用，因此接頭型式的選擇應(yīng)以能夠良好保護(hù)氬氣流為原則，工件的坡口應(yīng)嚴(yán)格按照?qǐng)D樣或相關(guān)規(guī)程的要求，用刨邊機(jī)或其他機(jī)械進(jìn)行加工，不得有毛刺。當(dāng)操作條件受限時(shí)，也可用風(fēng)鏟鏟邊。下面以鋁及鋁合金為例，研究焊接接頭的型式尺寸，如表2所示。

表1　各種材料對(duì)氬氣的純度要求

3焊前準(zhǔn)備

焊前應(yīng)對(duì)焊接接頭的坡口兩側(cè)及填充焊絲進(jìn)行清理，去處表面的氧化膜、油脂、濕氣等物質(zhì)，直至露出金屬光澤為止，以保證焊接接頭的質(zhì)量。焊前應(yīng)詳細(xì)了解圖紙與工藝要求,并檢查設(shè)備的運(yùn)行情況，調(diào)節(jié)焊把及冷卻水，保證其流暢無(wú)阻。根據(jù)接頭厚度及接頭型式，正確選擇鎢極直徑、電源種類(lèi)、焊絲直徑、噴嘴直徑，調(diào)整焊接電源、電壓、氬氣流量等參數(shù)。

表2　鋁及鋁合金焊接接頭型式

注：相互對(duì)接之前兩板厚度差≥3 mm時(shí)，必須將厚板邊緣削薄后再加工坡口，削薄的長(zhǎng)度≥5(δ2-δ1)。

4焊接過(guò)程

從事氬弧焊接(包括點(diǎn)焊)的焊工，必須有相應(yīng)項(xiàng)目的合格證。一條焊縫盡可能由同一焊工操作，為減少焊接變形，允許多個(gè)焊工同時(shí)操作。焊工在焊完一條焊縫后，需在其規(guī)定部位打上焊工鋼印(或由簡(jiǎn)圖記載)。焊接環(huán)境應(yīng)不受風(fēng)、雨、雪的侵襲，且溫度在10 ℃以上。地線接頭應(yīng)用鋁板制成，并用夾具將其與工件夾緊，保證接觸點(diǎn)的嚴(yán)密性。點(diǎn)焊應(yīng)在工件的背面進(jìn)行，漏到正面的焊瘤應(yīng)及時(shí)鏟除，點(diǎn)焊長(zhǎng)度及間距應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。因條件限制不能從背面點(diǎn)焊時(shí)，可在正面點(diǎn)焊，但點(diǎn)焊高度不得超過(guò)坡口的2/3。焊接過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)開(kāi)裂，應(yīng)及時(shí)鏟去并重新點(diǎn)焊，再繼續(xù)焊接，以防止產(chǎn)生錯(cuò)口現(xiàn)象。焊接所用的電源種類(lèi)和極性應(yīng)根據(jù)被焊工件的材料決定，可參見(jiàn)表3進(jìn)行選擇。

鎢極直徑是按焊接電源選擇的。一定直徑的鎢極，具有一定極限電流，超過(guò)此極限值，會(huì)引起電弧不穩(wěn)、焊縫夾鎢等問(wèn)題。不同鎢極直徑允許的最大電流見(jiàn)表4。

表3　焊接材料對(duì)應(yīng)的電源種類(lèi)和極性

表6　不同鎢極直徑允許的最大電流　A

在對(duì)鋁及鋁合金進(jìn)行焊接時(shí)，若板厚超過(guò)10 mm，焊接前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。預(yù)熱應(yīng)在焊縫全長(zhǎng)范圍內(nèi)均勻進(jìn)行，對(duì)厚板和大直徑的環(huán)縫應(yīng)優(yōu)先預(yù)熱到50～60 ℃，然后再對(duì)局部進(jìn)行焊前預(yù)熱。為保證焊縫質(zhì)量,防止夾鎢，在焊接縱縫及拼板對(duì)接時(shí)，其兩端應(yīng)加引弧板和熄弧板。環(huán)焊縫或焊接中斷需重新引弧時(shí)，應(yīng)在試板上進(jìn)行，待電極燒紅后，再移到焊縫上進(jìn)行焊接。引、熄弧板的材料與工件相同，對(duì)于不能加熄弧板的B類(lèi)焊縫，為了避免弧坑裂紋的出現(xiàn)，必須將弧坑填滿，過(guò)高的部分可進(jìn)行修磨。多層焊接時(shí)，在條件允許的情況下，相鄰兩層焊接方向相反，且正、反面焊接交錯(cuò)進(jìn)行。厚板每面最多連續(xù)焊兩層，避免在單面進(jìn)行多層焊接。

設(shè)備主體焊縫應(yīng)在水平位置施焊，當(dāng)受條件限制而不能平焊時(shí)，允許進(jìn)行爬焊、立焊或橫焊，但焊工必須通過(guò)以上項(xiàng)目的考核。焊縫外觀的波紋應(yīng)均勻美觀，色澤一致，任意1 m長(zhǎng)度的最寬與最窄之差不超過(guò)3 mm。當(dāng)板厚小于3 mm時(shí)，其焊縫余高不得超過(guò)1.5 mm。當(dāng)焊縫有氣孔、夾渣、裂紋等缺陷時(shí)，必須鏟除補(bǔ)焊，同一部位的補(bǔ)焊次數(shù)不得超過(guò)2次。

5結(jié)論

通過(guò)大量工程實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，按以上工藝要求進(jìn)行操作，有色金屬壓力容器采用非熔化極氬弧焊焊接，焊接面可以沒(méi)有氣孔、沒(méi)有氧化皮且焊接強(qiáng)度高。對(duì)焊接接頭進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)、理化試驗(yàn)及耐壓試驗(yàn)，檢測(cè)結(jié)果均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，可見(jiàn)有色金屬壓力容器采用非熔化極(鎢極)氬弧焊焊接的工藝是可行的。非熔化極氬弧焊的機(jī)械化、自動(dòng)化程度隨著近年來(lái)的研究得到很大的提高，并向著控制因子越來(lái)越多的數(shù)控化方向發(fā)展，未來(lái)可達(dá)到了一個(gè)更高的階段。

參考文獻(xiàn)

[1]全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB150-2011.壓力容器[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2011.

[2]全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).NB/T47014-2011(JB/T4708).承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定[S].北京:中國(guó)能源局出版社,2011.

[3]全國(guó)鍋爐壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).NB/T47015-2011(JB/T4709).壓力容器焊接規(guī)程[S].北京:中國(guó)能源局出版,2011.

[4]張乃祺，季海堂，李猛.窄間隙埋弧焊接頭熔合區(qū)弱化的研究[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，8(4)：183-186.

Gas Tungsten Pole Argon Arc Welding Technology for

Nonferrous Metal Pressure Vessel

FU Hong-liang

(College of Energy and Power,Shenyang Institute of Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Key words： non-ferrous metal; pressure vessel; Gas Tungsten pole; argon-arc welding; welding technology

(責(zé)任編輯張凱校對(duì)佟金鍇)