淺談薄壁管與管塞的焊接

朱 萍

（江蘇海獅泵業(yè)制造有限公司，江蘇泰州214500）

0 引言

我公司承接的某核電模擬試驗(yàn)項(xiàng)目，涉及總長(zhǎng)為4 536 mm，外徑9.68 mm，壁厚0.65 mm的薄壁管與管塞的焊接。以我公司現(xiàn)有條件，可選用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接，但由于工件比較長(zhǎng)，沒(méi)有適用的工裝夾具，焊接過(guò)程中進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的難度比較大，焊接過(guò)程的穩(wěn)定性也很難保證，所以，要得到焊接質(zhì)量穩(wěn)定的焊接接頭，現(xiàn)有條件并不充分。

查閱相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，在激光焊接過(guò)程中，當(dāng)激光束觸及金屬材料時(shí)，其熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)傳輸?shù)焦ぜ砻婕氨砻嬉韵赂钐帲诩す鉄嵩吹淖饔孟?，材料熔化、蒸發(fā)，并穿透工件的厚度方向形成狹長(zhǎng)空洞，隨著激光焊接的進(jìn)行，小孔沿兩工件間的接縫移動(dòng)，進(jìn)而形成焊縫。激光焊接自動(dòng)化程度高，精度高，結(jié)晶速度比一般熔焊快10～100倍，加熱和冷卻速度極快，熱影響區(qū)域極小，大大減少了應(yīng)力和基體的變形。而且激光焊接組織細(xì)小均勻，不易產(chǎn)生裂紋，從而獲得最大的扇形塊焊接強(qiáng)度和較大的深寬比，焊接速度也比較快，故可以用來(lái)焊接精密零件和結(jié)構(gòu)，且焊后不必矯正和機(jī)械加工。

因此，公司項(xiàng)目經(jīng)理與技術(shù)人員經(jīng)過(guò)綜合評(píng)審，確定試驗(yàn)方案：分別采用激光焊與手工鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接與試驗(yàn)，從焊縫外觀、力學(xué)性能、金相等方面進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證焊接質(zhì)量，進(jìn)而綜合考慮，確定出該核電模擬試驗(yàn)項(xiàng)目的理想焊接方案。

1 試驗(yàn)用材料

試驗(yàn)?zāi)覆倪x用與產(chǎn)品同材質(zhì)、同規(guī)格的薄壁管，材質(zhì)為304L，規(guī)格φ9.68×0.65 mm；管塞材質(zhì)為304L，規(guī)格φ9.68 mm，插入薄壁管部分外徑φ8.28 mm。

激光焊不添加焊材，尤其對(duì)于薄板和細(xì)徑線材，焊縫是在激光束作用下由母材自熔形成的；手工鎢極氬弧焊選用與母材匹配的焊絲，型號(hào)為ER308L，規(guī)格為φ1.2 mm。

2 焊接工藝參數(shù)選用

首先制備八組焊接試樣，分別選用不同的焊接參數(shù)進(jìn)行激光焊接，然后進(jìn)行目視及尺寸檢驗(yàn)，分組進(jìn)行拉伸及金相試驗(yàn)，經(jīng)比較，確定出激光焊的焊接參數(shù)：焊接設(shè)備型號(hào)為QL-CW1000，輸向工件表面的功率為700 W，焊接速度為35 mm/s，保護(hù)氣體為99.99%的氬氣，氣體流量為20 L/min。

手工鎢極氬弧焊焊接參數(shù)：設(shè)備型號(hào)為WS-400，焊接電流為25 A，由于工件外徑較小，且是手動(dòng)旋轉(zhuǎn)工件，焊接速度無(wú)法測(cè)得，使用保護(hù)氣體為99.99%的氬氣，氣體流量為5～8L/min。

3 焊接及試驗(yàn)

制備七組焊接試樣，分組分別采用上述焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接，焊接完成后進(jìn)行滲透檢驗(yàn)，并分別分組進(jìn)行拉伸和金相試驗(yàn)。具體分組及試驗(yàn)情況如表1所示。

表1 焊接分組及分別進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目一覽表

4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）焊接接頭外觀（圖1）：手工鎢極氬弧焊因工件手動(dòng)旋轉(zhuǎn)，焊絲手動(dòng)送進(jìn)，每條焊縫至少有三個(gè)焊接接頭，（S）2、（S）5試樣焊縫較寬且不均勻，余高較高，最高處達(dá)0.8 mm；激光焊工件自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，不添加焊絲，焊接過(guò)程穩(wěn)定，（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5試樣焊縫美觀、勻稱，每條焊縫僅有一個(gè)焊接接頭，焊縫表面幾乎與母材表面齊平。

圖1 焊接接頭外觀

（2）滲透檢驗(yàn)結(jié)果：（S）2、（S）5、（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5試樣均未發(fā)現(xiàn)超出合格標(biāo)準(zhǔn)的線性及圓形顯示，檢驗(yàn)結(jié)果均合格。

（3）拉伸試驗(yàn)結(jié)果：（S）2、（J）2、（J）3試樣抗拉強(qiáng)度分別為729 MPa、870 MPa、857 MPa，均高于母材304L最低抗拉強(qiáng)度480 MPa，結(jié)果合格。

（4）金相試驗(yàn)結(jié)果（圖2）：（S）5、（J）4、（J）5均焊透，均未發(fā)現(xiàn)裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷。但（J）4、（J）5試樣焊縫深而窄，深寬比達(dá)1.8，熱影響區(qū)窄，焊接應(yīng)力和變形小；（S）5試樣焊縫深寬比小，為0.4左右，熱影響區(qū)寬，焊接應(yīng)力和變形較大。

圖2 金相試樣

5 結(jié)語(yǔ)

此項(xiàng)目涉及的工件長(zhǎng)度長(zhǎng)、直徑小、壁厚薄，若由我公司進(jìn)行手工鎢極氬弧焊焊接，必定需添置自動(dòng)翻轉(zhuǎn)架、工裝夾具等輔助設(shè)備，但客戶的核電試驗(yàn)項(xiàng)目種類比較多，添置的設(shè)備后續(xù)利用率會(huì)比較低，設(shè)備閑置將造成浪費(fèi)；其次，手工鎢極氬弧焊由手工操作、手動(dòng)送絲，焊接過(guò)程不穩(wěn)定，要得到穩(wěn)定質(zhì)量的焊接接頭比較難；而且焊接完成后需要進(jìn)行打磨、拋光，工作量大，由于壁厚薄，還存在因打磨引起工件變形、磨破、報(bào)廢等風(fēng)險(xiǎn)。

激光焊設(shè)備帶有自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置，焊接全程自動(dòng)化控制，一旦設(shè)定好焊接參數(shù)，焊接過(guò)程穩(wěn)定，容易獲得焊接質(zhì)量穩(wěn)定的焊接接頭；而且焊后無(wú)需打磨、拋光等處理，既節(jié)約工時(shí)，又避免了風(fēng)險(xiǎn)隱患。

公司項(xiàng)目經(jīng)理與技術(shù)人員鑒于以上試驗(yàn)結(jié)果，并查閱相關(guān)資料、文獻(xiàn)，與客戶焊接專家溝通交流，一致認(rèn)可：采用激光焊作為我公司承接的該核電模擬試驗(yàn)項(xiàng)目薄壁管與管塞的焊接方法。