核电站管道不添丝的TIG全自动焊接工艺研究

本文由yituanxue贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第４０卷第７期２０１０年７月Ｅｌｅｃｔｒｉｃ雹晖梭ＷｅｌｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＶｏＬ４０Ｎｏ．７Ｊｄ．２０１０核电站管道不添丝的ＴＩＧ全自动焊接工艺研究冯英超（核工业工程技术研究设计院，北京１０１６０１）摘要：不添丝的ＴＩＧ全自动焊接工艺是一种先进的焊接生产技术，受人为因素影响较小，且自动化程度较高。结合国防科工委核能开发科研项目《核岛辅助管道自动化焊接应用技术研究》中不添丝的ＴｌＧ全自动焊接工艺试验对此项工艺进行了深入分析和研究，简单概括了开展不添丝的耵Ｇ全自动焊接工艺试验的工作背景、研究内容和工艺试验流程，详细介绍了工艺试验申的技术难点和解决途径，并分析了此项工艺在核电站管道施工中的实际应用。关键词：不添丝；全自动焊接；工艺试验；参数中图分类号：ＴＧ４４４＋．７２文献标识码：Ｂ文章编号：１００１—２３０３（２０１０）０７－００５６—０４ＳｔｕｄｙｏｆＴＩＧａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｗｅｌｄｉｎｇｗｉｒｅｆｏｒｐｉｐｅｓｉｎｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔＦＥＮＧＹｉｎｇ—ｅｈａｏｆＮｕｃｌｅａｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｓｉｎｇａＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１６０１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｍｃｔ：ＴＩＧａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇｗｉｔｈｏｕｔｗｅｌｄｉｎｇｗｉｒｅｉｓｈａｓｈｉｇｈａｕｔｏｍａｔｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓｗｉｒｅ．ｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄａｋｉｎｄｏｆａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｈｉｃｈｓｕｆｆｅｒｓｌｅｓｓｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆｒｏｍｐｅｏｐｌｅａｎｄａｒｔｉｃｌｅｍａｋｅｓａｐａｒｔｉｃｕｌａｒｓｔｕｄｙａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈａｂｏｕｔＴＩＧａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｗｅｌｄｉｎｇｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇａｐｐｌｙｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅｆｏｒｎｕｃｌｅａｒｉｓｌａｎｄａｓｓｉｓｔａｎｔｐｉｐｅ％”ｗｈｉｃｈｃｏｎｔｅｎｔｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅｓｅａｍｈｐｒｏｊｅｃｔ鹊“Ｒｅｓｃ∞ｒｃｈａｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＣＯＳＴＩＮＤ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｋｅｓｂｒｉｅｆｓｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎａｂｏｕｔｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｅｓｔｆｌｏｗｏｆｔｈｉｓｐｒｏｃｅｄｕｒｅ．ａｎＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｋｅｓａｐａｒｔｉｃｕｌａｒｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｓｏｌｕｔｉｏｎｗａｙｓ．Ｍａｋｅｓａｎａｌｙｓｉｓａｂｏｕｔｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｙｉｎｇｆｏｒｔｈｉｓｐｒｏｃｅｄｕｒｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｔｈｏｕｔｗｅｌｄｉｎｇｗｉｒｅ；ａｕｔｏｍａｔｉｃｗｅｌｄｉｎｇ；ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｅｓｔ；ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ０前言核电站管道不添丝的ＴＩＧ全自动焊接工艺研属，使焊缝金属实现良好成形的焊接工艺【ｌｌ。在核电站应用方面，可用来焊接壁厚小于等于３ｍｍ的碳钢和不锈钢管道，此项工艺曾在秦山三期核电站有过应用，但是未进行系列化的研究，本课题对不添丝的ＴＩＧ全自动焊接工艺的研究主要体现为：针对核电站管道的特点，开展系列焊接工艺试验来获得合格工艺参数，并深入分析参数的特点和内在规律、工艺可行性，形成系列成套的焊接工艺数据包。究是国防科工委核能开发科研项目《核岛辅助管道自动化焊接应用技术研究》中的一项蕈要研究内容。此项研究历时６个月，试验用各种规格管道５０余Ｉｎ，形成各种试件２６０余道，针对每种规格的管道都得到了三套以上的焊接工艺参数，同时，通过大量试件的性能分析验证了参数的合理性、可重复性，为此项工艺在核电站的应用打下了基础。２工艺试验流程不添丝的ＴＩＧ全自动焊接丁艺主要包括坡口加工及清理、焊缝点固、机头装配、工艺参数的选择、施焊、焊缝检查六个环节。１研究内容不添丝的ＴＩＧ伞自动焊接工艺是指在焊接过程中不添加焊丝而利用焊接热量直接熔化焊缝金收稿日期：２００９－０８—０６作者简介：冯英超（１９８２．），男，河北石家庄人。Ｔ程师，学士，主要从事核电站安装焊接Ｌ艺的研究工作。２．１坡口加工及清理不添丝的ＴＩＧ全自动焊接工艺的坡口为Ｉ型，采用ＧＦ管道切割设备加丁坡口。与车床相比，此种万方数据焉究与设计冯英超：核电站管道不添丝的＇ＦＩＧ全自动焊接Ｔ艺研究第７期加工方式具有便于操作、加工效率高的优点。采用的坡口清理方法为：（１）机械清理。通常使用工具为钢丝刷、砂轮机，主要目标是毛刺、氧化膜。（２）化学清理。常用的清洗剂为丙酮，主要目标是油污。钨极是不添丝的全自动焊接工艺中最重要的基础参数，对焊接工艺参数的稳定性起着重要作用，主要包括直径、锥度、平台大小。对于某种规格的管道而言，上述三个参数都应有一个最佳值，通过三个最佳值的结合，使得焊接工艺参数稳定、合理，且焊缝成形理想。（３）焊接电流的选择。’焊接电流是焊接工艺中最重要的焊接参数，其对焊缝成形起着最为关键作用，焊接工艺试验中往往是通过调节焊接电流来控制焊缝成形，不添丝的ＴＩＧ全自动焊接Ｔ艺更是如此。２．２焊缝点固焊缝点同主要针对于开放式机头，焊件的点固要求为：（１）点固方法。手工钨极氩弧焊，不添丝，不允许焊透。（２）点固点数。根据焊件尺寸来确定，一般为２～４点，焊点应均布于焊件。（３）焊缝点固完成后采用砂轮机对焊点进行打磨以使其与焊件端部持平。４解决途径上述技术难点的解决途径将结合＋３８ｒｍａｘ３．０ｒｍａ的３１６Ｌ不锈钢管道的下艺试验来进行分析说明。在其丁艺参数的试验过程中，首先设定预送气时间、滞后送气时间、起弧时间、熄弧时间、预热时间、峰值时间、基值时间、焊接速度等影响较小或容易固化的参数，之后通过系列工艺试验来找出保护气体流量、钨极参数和焊接电流参数的最佳值。巾３８ｍｉｎｘ３．０２．３机头装配（１）机头卡脚的夹持效果是否合适。（２）焊枪与焊件的轴向及径向距离是否合适。（３）电缆线是否进行预缠绕。２．４工艺参数的选择不添丝的ＴＩＧ全自动焊接主要工艺参数的选择原则是：先对一些影响较小或不宜经常调节的参数进行选择、同化，如：起弧时间、预热时间、峰值时间、基值时间、预热电流、提前送气时间、滞后送气时间；最后对影响大且不易调节的参数进行选择、调节，如焊接电流。ｎｌｎｌ的一套工艺参数如表１所示。表１母材牌号３１６Ｌ的巾３８×３管道焊接参数３１６Ｌ母材规格／ｍｍ由３８×３一ＳＧＴＴ艺规程编号一环境温湿度（ｏｃ，％）焊接ｆ髓置ＥＳＡＢ焊接方法ＴＩＧ焊接设备ＬＴ０２５０，ＰＲＢ３３－９０２．５施焊的注意事项（１）起弧位置的选择。（２）实时观察熔池的成形并进行参数调节。钨极信息考誓萎船篇玑张姗雌毗氩气信息正面气体流壁１０ｌ＿／ｍｉｎ，排气口直径３．０ｔｒｉｍ２．６焊缝检查在焊接完成后应对焊缝的内部成形、外观成形进行检查并填写相关记录：（１）焊接过程中的参数调节。（２）分四个区间测量焊缝的余高、宽度，并确定是否满足要求。（３）是否存在外观缺陷。３技术难点（１）保护气体流量的选择。保护气体流量对焊缝的正、背面成形都能产生较大的影响。（２）钨极参数的选择。万方数据研究与设计雹珲俄第４０卷４．１保护气体流量的选择３１６Ｌ不锈钢管道焊接时，需要进行正面保护和背面保护，从焊接质量要求及成本方面考虑，选择纯度为‘ｐ（Ａｒ）＝９９．９９％作为保护气体。正面保护气体与背面保护气体均应设定一范围值，正面保护气体的流量应根据喷嘴直径进行选择；背面保护气体应根据管道的规格尺寸、排气口直径大小进行选择。４．１．１正面保护气体流量工艺试验：首先确定喷嘴尺寸，根据管道和机头的实际情况，选择的喷嘴尺寸为巾２６ｍｍｘｌｌｍｍ，小的选择，三者的选择顺序为钨极直径、锥度、平台大小。４．２．１直径大小工艺试验：根据焊接经验，３１６Ｉ．的巾３８ｍｍｘ３ｍｍ不锈钢管道的焊接电流应在７５－１１５Ａ，采用牵１．０（锥度、平台大小相同），得出结果如下：ｒａｉｎ、巾１．６ｍｍ、书２．０ｍｍ三种规格的钨极进行工艺试验（１）巾１．０ｍｍ的钨极易发生烧损，寿命最短。（２）巾１．６ｍｍ、巾２．０ｍｌｎ的钨极在正常情况下均能使用较长时间。所以选择的钨极直径为书１．６ｎｌｎｌ或巾２．０ｍｍ，从７Ｕｍｉｎ的气体流量递增进行测试，得出如下结果：（１）７－９Ｌ／ｍｉｎ时，保护效果不太理想，主要是焊缝表面发黑。（２）１０－１４Ｌ／ｍｉｎ，保护效果较好，无明显不足。（３）１５Ｌ／ｍｉｎ时，焊缝外观成形呈现明显不匀称、且局部发黑。所以从保护效果和成本等方面进行考虑，选择的保护正面保护气体流量为１０Ｌ／ｍｉｎ。两者对其他焊接工艺参数没有影响，但是不易再选择直径更大的钨极，因为在锥度、平台大小固定的情况下，钨极的直径越大，其电弧区域就越大，越不利于电弧的稳定。钨极直径大小主要体现的是钨极载流量，载流量是指在焊接过程中钨极本身所能承受焊接电流的一种能力。焊接电流是影响焊接热输入量主要因素，焊接电流越大，热输入就越大，反之则越小；焊接电流大，则应选择直径较大的钨极，反之则选择较小的钨极嘲。４．２．２锥度大小气体流量和喷嘴直径有一个最佳范围，此时气体保护效果最佳，有效保护区域最大。气体流量过低，则气流挺度差，排除周围空气的能力就弱，从而保护效果变差；气体流量过大，则容易变成紊流，从而使空气卷入，保护效果降低。４．１．２背面保护气体流量工艺试验：由３８ｍｍｘ３工艺试验：在巾１．６咖钨极的前提下选用了三种锥度：２５０，３０。，３５。（平台大小相同，耷０．８ｍｍ），得出结果如下：（１）２５０钨极。正面焊缝较窄，熔深较深，但钨极的使用寿命很短（试验中焊第５道焊缝时电弧出现不稳定。（２）３００钨极。焊缝内外表面成形较为均匀，且钨极的使用寿命较长（试验中焊第９道焊缝时电弧出现不稳定）。（３）３５０钨极。焊缝外表面成形较宽，但根部焊缝较窄，且钨极的使用寿命较短（试验中焊第６道焊缝时，电弧出现明显的不稳定）。所以，在此种规格管道焊接时，选择了３００锥度。钨极的锥度越大，焊接电弧区域就越大，钨极端部承受的热量就越小，钨极就越不容易烧损，但是一旦钨极发生烧损，其平台大小的变化幅度则比较大，从而导致电弧明显不稳燃烧；钨极的锥度过小，则极易造成钨极端部过度熔化，形成损耗。４．２．３平台大小工艺试验：在巾１．６ｍｉｌｌ、锥度３００的前提下选用了三种平台的钨极：巾０．６ｎｌｎｌ，咖０．８ｍｍ，巾１．０ｍｍｍｉｌｌ属于壁厚较大的管道，需要较大的氩气流量；同时，其排气口也应稍微大一些，以免使管道内部压力过大，出现粘钨或内凹。根据管道尺寸确定排气口直径巾３ｍｍ，在此基础上，从４Ｌ／ｒａｉｎ的气体流量递增进行测试，得出结果：（１）４－６Ｌ／ｍｉｎ时，保护效果不太理想，主要是焊缝背面发黑。（２）７不足。（３）９ｌ＿／ｍｉｎ时，仰焊位置出现较为明显的内凹。由此，从保护效果和成本等方面进行考虑，选择的保护正面保护气体流量为７Ｌ／ｍｉｎ。Ｌ／ｍｉｎ，８Ｌ／ｍｉｎ时，保护效果较好，无明显管道壁厚、排气口直径一定，如果背面保护气体（Ｉｎ果需要）流量过小，焊缝则容易氧化而发渣；若气体流量过大，则焊缝会由于背面保护气体压力过大而在管道仰脸位置形成明显的内凹。４．２钨极的选择钨极的选择包括钨极直径大小、锥度与平台大Ｉ塾二～毖锄蚴一笪。舭一万方数据研究与设计冯英超：核电站管道不添丝的＂ｒｉＧ全自动焊接工艺研究第７期进行工艺试验，得出如下结果：（１）巾０．６ｍｍ焊缝内外成形理想，但钨极需要修整的次数过多。（２）巾０．８ｍｍ焊缝内外成形理想，钨极需要修整的次数少。（３）巾１．０ｎｌｍ的钨极的焊缝外表面成形较宽，且焊缝出现局部未焊透。所以，在此种规格管道焊接时，选择巾０．８的平台。平台过大，则焊接电弧的分布较广、电弧热量相对分散，穿透力较弱，但烧损率较小；若平台过小，则电弧相对分散面积小、燃烧区域集中，从而使得电弧穿透力强，但烧损率高。ｍｍ从技术方面考虑，不添丝