儀表管自動焊工藝性能研究

賀海波 劉金平 吳闖 馬明豪

摘 ? 要：隨著核電建造數(shù)量的增加，業(yè)主對于儀表管的焊接質(zhì)量和焊接效率也提出了更高的要求，有必要開發(fā)能夠滿足核電要求的儀表管的自動焊工藝。本文利用OBS CWH115封閉式機頭進(jìn)行S30408儀表管焊接試驗，尋找了焊接速度的最優(yōu)解，并進(jìn)行了工藝試驗驗證。試驗證明，開發(fā)的全位置儀表管的自動焊工藝，無損檢測、力學(xué)性能及金相試驗結(jié)果均符合核級標(biāo)準(zhǔn)要求，具備應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。

關(guān)鍵詞：儀表管 ?自動焊 ?工藝

中圖分類號：TG444 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0111-02

1 ?引言

模塊化是核電建造的發(fā)展方向，而儀表管道具有管徑小、管壁薄的特點。手工焊接儀表管對焊工的操作技能要求較高，傳統(tǒng)手工焊焊接時難以保證一次焊接合格率，達(dá)到核級生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。因此急需提升核電建設(shè)自動化水平。但由于核電行業(yè)的特殊性，對焊接質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，有必對儀表管道自動焊的焊接參數(shù)范圍和焊縫性能進(jìn)行驗證。

2 ?設(shè)備及材料信息

本文使用OBS CWH115封閉式機頭進(jìn)行焊接試驗。母材選擇S30408不銹鋼，管道規(guī)格為Ф10×2mm，采購標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 14976。焊接位置為全位置焊，焊縫坡口形式為I型坡口，組對間隙為0mm，母材化學(xué)成分見表1。

3 ?工藝驗證方案

3.1 工藝參數(shù)選擇

試驗的焊接方法為TIG自熔焊，起弧方式為高頻起弧，焊縫正面背面均使用99.99%的Ar進(jìn)行保護(hù)。因焊接位置為全位置焊，平焊、立焊、橫焊、仰焊的焊接位置都包含在管道焊接中，因此將管道焊縫按照角度分為6個區(qū)間，每個區(qū)間60°。以控制變量的方法進(jìn)行焊接試驗，保持焊接電流、起弧點、保護(hù)氣流量不變，以焊接速度作為唯一變量進(jìn)行對照試驗，試驗參數(shù)設(shè)置及檢測結(jié)果見表2。

檢查焊縫外觀成型及正背面焊縫余高，射線檢測焊接內(nèi)部是否存在體積缺陷，根據(jù)檢測結(jié)果，證明焊接速度在100～110mm/min時焊接效果較好。根據(jù)核電焊接質(zhì)保體系要求，需盡量降低焊縫的焊接熱輸入，保障焊縫的力學(xué)性能，避免出現(xiàn)焊接缺陷，最終選定焊接速度為110mm/min。以最佳參數(shù)進(jìn)行工藝評定試件焊接，并進(jìn)行力學(xué)性能及微觀組織分析。

3.2 力學(xué)性能檢測

根據(jù)得出的最佳焊接參數(shù)，補充焊接試驗4組，用于進(jìn)行液體滲透、射線探傷、破壞性試驗。由于管道直徑較小拉伸試驗時采用整管拉伸的方式進(jìn)行，自熔焊縫抗拉強度的力學(xué)性能應(yīng)大于母材S30408的力學(xué)性能，抗拉強度應(yīng)≥525MPa，焊縫抗拉強度為605MP，大于標(biāo)準(zhǔn)要求值，證明焊縫抗拉強度滿足要求。進(jìn)行焊縫的面彎背彎試驗，焊縫彎曲180°后，經(jīng)檢測未發(fā)現(xiàn)尺寸超過1.5mm的開裂缺陷。經(jīng)過力學(xué)性能驗證，可以證明儀表管自熔焊縫，在力學(xué)性能方面滿足核級管道的生產(chǎn)要求，管道自熔焊接后，得到的焊縫抗拉能力優(yōu)于原始母材。

3.3 ?金相檢驗結(jié)果

宏觀金相顯示儀表管TIG自熔焊得到的焊縫組織融合良好，無夾渣氣孔等焊接缺陷。微觀金相未見顯微裂紋或沉淀物，與傳統(tǒng)鎢極氬弧焊相比，焊縫金相組織更加均勻、細(xì)小，金相組織由奧氏體和少量殘余鐵素體組成。儀表管自動焊時，焊接參數(shù)變化波動更小，且勻速施焊相較于手工焊更有利于晶粒穩(wěn)定生長，因此力學(xué)性能的穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)手工焊。

4 ?結(jié)語

本文利用控制變量法研究了儀表管自動焊焊接速度的最優(yōu)參數(shù)，并使用該參數(shù)重復(fù)施焊驗證參數(shù)的穩(wěn)定性和適用性。通過液體滲透、射線探傷、力學(xué)試驗及金相檢驗，證明該儀表管自動焊工藝滿足核級管道的質(zhì)量需求。且儀表管的自動焊不受焊工的情緒波動的影響，有利于提高焊縫質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性，儀表管自動焊工藝具備應(yīng)用基礎(chǔ)條件。

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