核电站管道不添丝的TIG全自动焊接工艺研究.doc

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。 第卷第期 年月 雹晖梭 核电站管道不添丝的 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） 摘要：不添丝的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 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： 文献标识码： 文章编号：（） ， ，） ： ， ” 鹊“ ， ： ； ； ； 前言 核电站管道不添丝的全自动焊接工艺研 属，使焊缝金属实现良好成形的焊接工艺【。在核电 站应用方面，可用来焊接壁厚小于等于 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。 此项研究历时个月，试验用各种规格管道余， 形成各种试件余道，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。 工艺试验流程 不添丝的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。 研究内容 不添丝的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： 作者简介：冯英超（），男，河北石家庄人。程师，学士， 主要从事核电站安装焊接艺的研究工作。 坡口加工及清理 不添丝的全自动焊接工艺的坡口为型， 采用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全自动焊接艺研究 第期 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： （）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。 （）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。 （）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 全自动焊接艺更是如此。 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： （）点固方法。手工钨极氩弧焊，不添丝，不允许 焊透。 （）点固点数。根据焊件尺寸来确定，一般为 点，焊点应均布于焊件。 （）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。 解决途径 上述技术难点的解决途径将结合 的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 机头装配 （）机头卡脚的夹持效果是否合适。 （）焊枪与焊件的轴向及径向距离是否合适。 （）电缆线是否进行预缠绕。 工艺参数的选择 不添丝的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。 的一套工艺参数如表所示。 表 母材牌号 的巾管道焊接参数 母材规格 由 一 艺规程编号 一 环境温湿度（，） 焊接髓置 焊接方法 焊接设备 ， 施焊的注意事项 （）起弧位置的选择。 （）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，排气口直径 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： （）焊接过程中的参数调节。 （）分四个区间测量焊缝的余高、宽度，并确定 是否满足要求。 （）是否存在外观缺陷。 技术难点 （）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。 （）钨极参数的选择。 万方数据 研究与设计 雹珲俄 第卷 保护气体流量的选择 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（）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。 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 ， 小的选择，三者的选择顺序为钨极直径、锥度、平台 大小。 直径大小 工艺试验：根据焊接经验，的巾 不锈钢管道的焊接电流应在，采用牵 （锥度、平台大小相同），得出结果如下： 、 巾 、书 三种规格的钨极进行工艺试验 （）巾的钨极易发生烧损，寿命最短。 （）巾 、巾 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 或巾 ， 从的气体流量递增进行测试，得出如下结果： （） 时，保护效果不太理想，主要是焊 缝表面发黑。 （） ，保护效果较好，无明显不足。 （） 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 。 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。 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。 背面保护气体流量 工艺试验：由 工艺试验：在巾咖钨极的前提下选用了三 种锥度：，。，。（平台大小相同，耷 ），得 出结果如下： （）钨极。正面焊缝较窄，熔深较深，但钨极的 使用寿命很短（试验中焊第道焊缝时电弧出现不 稳定。 （）钨极。焊缝内外表面成形较为均匀，且钨 极的使用寿命较长（试验中焊第道焊缝时电弧出 现不稳定）。 （）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。 平台大小 工艺试验：在巾 、锥度的前提下选用 了三种平台的钨极：巾 ，咖 ，巾 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 ，在此基 础上，从 的气体流量递增进行测试，得出结 果： （） 时，保护效果不太理想，主要是焊 缝背面发黑。 （） 不足。 （） 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 。 ， 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（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。 钨极的选择 钨极的选择包括钨极直径大小、锥度与平台大 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全自动焊接工艺研究 第期 进行工艺试验，得出如下结果： （）巾 焊缝内外成形理想，但钨极需要 修整的次数过多。 （）巾 焊缝内外成形理想，钨极需要修整 的次数少。 （）巾 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 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。 从技术方面考虑，不添丝的全自动焊接工 艺已经具备在核电站应用的基本条件。 效益分析 目前，核电站的仪表管（以上）和部分辅助 管道（以上）基本都采用插套焊缝（手工焊接），此 类焊缝存在焊口数量较多、坡口组对较为复杂的问 题。若采用不添丝的全自动焊接工艺来焊接部 分上述管道（焊接范围：咖”，壁厚艿 ），即 利用不添丝的全自动焊工艺焊接对接焊缝来 替代手工焊接插套焊缝，将会产生如下效益： （）焊接艺自动化，且基本不受人为因素的影 响，焊接质量有保障。 （）减少焊缝数量，从而降低整个焊接工作量。 （）焊接过程中不用焊材且人力需求减少，从而 焊接电流的选择 丁艺试验：针对巾 的不锈钢 管道的焊接，将整个参数划分为四个区间，每个区 间的电流数值初设都相同，即，从电流， 大量降低材料成本与人工成本。 结论 核岛辅助管道自动化焊接应用技术研究项 开始施焊，并逐步增加电流（可根据焊缝成形 跳跃式增加），发现其在时第一区间的内外焊 缝成形都比较理想，之后，根据焊缝的内外成形对 第二区间的电流进行调整直至其成形与第一区间 近似，发现 时效果最佳，依次类推，找出第 三、四区间的电流：，厶。 通过大量的工艺试验得到多套参数，并发现四 个区间的焊接电流存在一定的内在关系：， 一 ；广 。 ； 目针对不添丝的全自动焊接【艺进行了系列 化研究。 （）解决了一定的技术难题，如重要焊接工艺参 数的选择模式。 （）对自动焊技术有了较深的理解。通过一系列 的焊接工艺试验，形成了成熟的焊接工艺，并对参 数的内在关系进行了较为深入的分析及掌握。 （）为课题中其他子项内容的研究提供了思路。 不添丝的全自动焊接工艺试验对自动焊工艺 试验流程、参数的选择模式进行了较为深入的研究， 为课题的其他子项内容研究（全位置焊、焊） 提供了思路。 （）为核电站的推广应用打下了基础，形成了系 列成套的焊接工艺数据包。 （）具有一定的经济效益，主要体现为人工成 本、材料成本的降低。 针对不添丝的全自动焊接丁艺研究，目前 已经取得了一定成果，并具备了核电站现场应用的 基础条件，若能广泛地应用于核电站部分管道的焊 接，将会产生一定的经济效益。 焊件厚度和尺寸是选择焊接电流的主要考虑 因素。焊接电流通常与电弧穿透深度成正比，焊接电 流越大，则焊缝金属单位面积的热输入量就越大， 电弧的穿透深度也就越大，反之则越小。 推广应用的可行性分析 技术分析 核岛辅助管道自动化焊接应用技术研究科 研项日针对核电站管道的特点，开展了如下工作： （）进行了系列化艺试验并开发出多套参数。 （）通过大量试件的焊接对参数的合理性、可重 复性进行验证。 （）通过对工艺参数的深入分析和研究，对不添 丝的全自动焊接丁艺参数的内在规律有了较 为深入的了解。 （）艺试验中都严格按照标准执行 并全部满足了无损检验和理化检验指标。 参考文献 【】 钨极惰性气体保护焊工艺方法【】 【】冯英超钨极对不添丝自动化焊接工艺的影响田电焊机， 。（）： 貌级秘鳜鳓么易么一? 。， 。一，：一 万方数据 核电站管道不添丝的TIG全自动焊接工艺研究 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数： 冯英超， FENG Ying-chao 核工业工程技术研究设计院,北京,1