热丝TIG焊在管道焊接中的应用.pdf

热丝 T I G焊在管道焊接中的应用 唐 丽 李 东 刘 成 王金钊 王学军 尹立孟 1 重 庆科 技学 院 冶金 与材料 丁程 学 院 重庆 4 0 1 3 3 1 2 四川石油天然气建设工程有限责任公司 成都 6 1 0 0 4 1 摘 要 为了提高钨极 气体保护焊的的焊接效率 扩 大应用范围 介绍了热丝 T I G焊的特点和分 类 重点 阐述 了单丝热丝 T I G焊 窄间隙热丝 T I G焊和热丝 T I G复合焊在石油化 工 核 电以及 海 洋 y 程等 管道 应 用行 业 的现 状 提 出了热丝 T I G焊 存在 的主要 问题 分析 认 为 热 丝 r r I G焊 虽 然 具有优质 高效和节能等系列优点 但在焊接 效率 磁偏吹等方 面仍 需进行改进 最后 指 出了 热丝 T I G焊 的发展 趋 势及 未来 的应 用领域 关 键词 焊接 热丝 T I G焊 管道 应用 中图分类号 T G 4 4 4 9 文献标志码 B D O h 1 0 1 9 2 9 1 j e n k i 1 0 0 1 3 9 3 8 2 0 1 7 6 0 0 5 Ap pl i c a t i o n o f Ho t W i r e TI G W e l d i ng i n Pi p e l i ne W e l d i ng T A N G L i L I D o n g L I U C h e n g WA NG J i n z h a o WA N G X u e j u n Y I N L i m e n g 1 S c h o o l o fMe t a l l u r g y a n dM e d a l s E n g i n e e r i n g C h o n g q i n g of S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C h o n g q i n g4 0 1 3 3 1 C h i n a 2 S i c h u a n P e t r o l e u m C o n s t r u c t i o n E n gin e e r i n g C o L t d C h e a g d u 6 1 0 0 4 1 C h i n a Abs t r ac t I n o r d e r t o en h a nc e t he we l di ng e ffic i e n c y o f TI G we l di ng e x pa n d a p pl i c a t i o n r a ng e i n t hi s a r t i c l e i t i n t r o du c e d t h e c h a r a c t e ri s t i c s a n d c l a s s i fi c a t i o n o f T I G w e l d i n g e x p o u n d e d t h e a p p l i c a t i o n o f s e v e r a l k i n d s o f h o t s i l k T I G w e l d i n g s i n g l e h o t w i r e T I G w e l d i n g n a o w c l e a r a n c e h o t w i r e T I G w e l d i n g c o m p o s i t e h o t w i r e T I G w e l d i n g i n p e t r o c h e mi c a l n u c l e a r p o we r ma r i n e e n g i n e e rin g a n d o t h e r p i p e l i n e a p p l i c a t i o n i n d u s t ri e s p u t f o r wa r d ma i n p r o b l e ms e x i s t e d i n h o t w i r e T I C we l d i n g I t c o n s i d er e d t ha t a l t h ou g h i t po s s e s s es t he a b o v e men t i o n e d a d v a n t a g e s but i n s o me a s p e c t s s t i l l ha s muc h r o o m f o r i mp r o v e me n t s u c h a s we l d i n g e ffic i e n c y a n d ma g n e t i c b l o w F i n a l l y i t o u t l o o k e d t h e d e v e l o p me n t t r e n d o f t h e h o t wi r e T I G we l d i n g a n d i t s a pp l i c a t i o n fie l d i n t h e f u t u r e wi l l b e wi d e r a nd wi d e r Ke y wo r d s we l d i n g h o t wi r e T I G w e l d i n g p i p e l i n e a p p l i c a t i o n 目前 焊接钢管 已经广 泛应用于核 电 压 力 容 器 石 油 化 工 以及 海 洋 工程 建 设 中 因此 其焊接质量的好坏直接关系到管道的服役可靠性 与 安全 性 管道 施工 过程 中 常用 的 焊接方 法 包 括 焊条 电弧 焊 S MA W 埋 弧焊 S A W 熔 化 极 气体保护焊 G MA W 药芯焊丝电弧焊 F C A W 和钨 极气体保 护焊 G T A W 等 其 中 钨 极气 体 保 护 焊 的焊 丝 通 常是 在 冷 态 不 加 热 下 送 入 焊 接 熔 池 前 沿 部 分 电 弧 的 能量 要 用 来 熔 化 焊 丝 导致 电极 的载流能力 和电弧功率受限 焊 接效率低 通常只适用 于薄壁 工件焊接和厚件 打底焊接 基金项 目 国家 自然科学基金 基于多次热循环的高级别管线钢焊接粗晶区的组织演变规律及增韧机理 项 目 3 5 1 6 7 4 0 5 6 重庆 市研 究 生科研 创新 项 目 热 丝 T I G焊接 油气输送碳钢 不锈 钢双金属 复合 管的元 素扩散 规律 项 目号 C Y S 1 6 2 2 7 重庆科技学院研 究生科技创新项 目 基 于多次热循环的 X 8 0管线钢焊接 C G H A Z的显微组 织演化 规律及性能研 究 项 目号 Y K J C X1 6 2 0 2 1 3 重庆科技 学院研究生科技 创新项 目 热丝 T I G焊接 油气输送碳铜 不锈 钢双金属 复合 管的元素扩散规律 项 目号 Y K J C X1 6 2 0 2 0 1 2 0 1 7年 6月 第 4 0卷第 6期 1 热丝 T I G 焊工作原 理及 种类 热丝 T I G焊 h o t w i r e w e l d i n g 是在钨极气 体 保护焊 的基础上发展起来的一种优质 高效 节 能 的新型焊 接方法 其 与传统 G MA W T I G焊 的 区别是在焊丝 送到焊接熔池 前 独立于焊接 电 源 的另外一个 电源 热丝 电源 将 焊丝加热到接 近熔化 的温度 因此 热丝 T I G焊 不仅具备传 统 T I G焊采用惰性气体 A r He等 保护 电弧 燃烧稳定 焊缝质量优异等优点 还在很大程度 上使焊丝的熔化速度加快 熔敷率提高 同时也 使焊接过程中熔池的热输入量得以调整 使得母 材 的稀释率 降低 焊接效率提高 更容易 实现 厚壁零部件的焊接 1 其工作原理如 图 1 所示 l D C A C 丝 r t 一 导 电 嘴I I 焊缝 一焊接方向 图 1热 丝 TI G 焊 工 作 原 理 当前 工 业 生 产 中应 用 的 热 丝 T I G焊 种 类 较 多 主要 包括单 丝热丝 T I G焊 双丝热丝 T I G 焊 窄 间 隙 热 丝 T I G 焊 新 型 热 丝 T I G 焊 T O P T I G 以及超高速热丝 T I G焊等 2 1 由于双 丝热丝 T I G焊适 于大 型零部件大 面积堆 焊 新 型热丝 T I G焊 T O P T I G 及超高速热丝 T I G焊多 用于表面熔敷和薄板堆焊 在管道焊接 中应用较 少 管 道 焊 接 实 际 以单 丝 热 丝 T I G焊 和 窄 间 隙 热丝 T I G焊为主 鉴 于此 本研究重点 阐述单 丝热丝 T I G焊与窄 间隙热丝 T I G焊两种 焊接方 法 同时对其 他几 种热 丝 T I G焊 进行 了叙述 提 出了热丝 T I G焊 当前存 在的主要 问题并展望 了热 丝 T I G焊今 后一 段时 间内 的发 展 趋势 2单丝热丝 T I G 焊 单丝热丝 T I G焊是只有一根焊丝的热丝 T I G 焊 其按照加热方法的不 同又可分为 电阻加热 高频感应加 热 电弧加热 3种 主要 应用于 电 站 阀门 石油管道等的焊接 2 1 电站 管道 焊接 电站管道焊接是管道焊接 中的一个重要组成 部分 其焊接质量对电站行业的稳定运行至关重 要 康健等 3 1 指 出热丝 T I G焊在通 电焊丝周 围产 生磁场作用于电弧 中的带电粒子 进而对 电弧产 生一些不利的影响 但是利用偏摆电弧仍然可以 获得质量 良好 的焊接接头 吴绍炳等 进一步对 A P 1 0 0 0核 电蒸汽发生器管 封头接管等 的热丝 T I G焊 进 行 了研究 有力 证 实 了热丝 T I G焊 的优 越 性 汤建锋 等l 5 J 对 比了热丝 与冷丝 T I G焊接 发 现 在 相 同条 件 下 热 丝 T I G焊所 需 焊 道层 数 焊接时间以及总输入能量 明显减少 他们还发现 热 丝 T I G焊 与 MI G 焊 的熔 敷 系数 和 焊 接 速度 比 较接近 但远远 高于冷丝 T I G焊 同时热丝和 冷 丝 T I G焊具 有相 近 的力学 性能 2 2 阀 门内壁 管 焊接 对 于海 上和 陆地 的石油 天 然气钻 采及 生产 系 统而言 其中使用 的石油钻采阀门非常重要 要 求具有耐强腐蚀性 生产时通常在内壁表层堆焊 耐腐蚀材料 李磊等 将 先进 的专机制造技术 与热丝 T I G焊工艺结合 开发 出 F r o n i u s E T R S 热丝 T I G焊 系统 为高质量高性 能阀门堆 焊提 供了一个很好的解决方案 另外 以石油钻采阀 门 内壁堆焊为基 础 借助 D i e t e r S c h n e e实 现了 对 焊 件材 料从 X 6 0 X 6 5延伸 到 X 7 0管 线钢 A I S I 4 1 5 0 4 1 4 0 8 6 3 0到低碳钢 F 2 2 焊接 长 度 1 0 0 0 1 5 0 0 m m 直 径 1 5 0 1 0 0 0 mm管 道元 件 的焊接 许小波等嘲 利用阀门内壁热丝 电源 自 动 堆 焊 机 对 X 7 0管 道 内壁 双 相 不 锈 钢 热 丝 T I G 堆 焊工 艺进 行 了研 究 得 出 了管道 内壁 堆焊过 程 的影响 因素 并 指 出只有 在最 优参数 条 件下 的堆 敷层金属才具有 良好 的抗点蚀性能 2 3 其他 管道 焊接 海底管道及运输管道的焊接材料通常为低合 金 高合金 双相不锈钢或者镍基合金钢 受环 境 限制 这类 管道 焊 接后 不能 进行热 处 理 易导 致裂纹等 问题 基 于管道组 件加工技术 热丝 T I G焊 为高压力下 的管道 系统提 供 了一种 相对 更为可靠的焊接方法 研究表 明 无论是按照 D N V D e t N o r s k e V e r i t a s 世 界 领 先 的 海 上 设 施 技术监测所 I P E 生产和安装设计相关要求 还 是 A S ME 美 国机 械 工 程 师 协 会 的 标 准 和 规 H AN GU A N 3 1 炬 极 焊 钨 1 接源一 范 热丝 T I G焊都 能满足 管道焊 接实 际需要 发展潜力巨大 3 窄间隙热丝 T I G 焊 1 9 6 3年 美 国 B a t t e l l e结合 热 丝 T I G 焊 和窄 间 隙焊接两 者 的优 势开发 了窄间 隙热丝 T I G 焊 与窄间隙埋弧焊等一般窄间隙焊接方法相 比 窄 间隙热丝 T I G 焊除了熔敷效 率相对较低外 在 侧壁熔合和焊接接头的抗裂性等方面具有较明显 的优 势 同 时 材 料 的适 应 性更 广 不 仅 适 合 碳 钢 还特别适合于合金钢 不锈钢 双相钢等材 料的焊接 因此 在电站 阀门 转子 海洋结 构物及海底管道等重要构件 的焊接 中 窄间 隙 热 丝 T I G 焊 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用 1 0 l 目前 窄 间隙热丝 T I G焊 已逐渐成为 国内外管道 连接 的主要 技术 手段 3 1 核 电管道 焊接 国外早在 2 0世纪 9 0年代就提 出了将窄间隙 热 丝 T I G焊 接 用 于 核 电 管 道 连 接 的方 案 但 受 当时设 备 和技 术 的限制 并 没有 达到 预期 的生 产 效率和焊接接头质量 易耀勇等 1 1 1 3 也指 出了窄 间 隙 热 丝 T I G 焊 用 于 国 内 核 电 管 道 连 接 的 可 行 性 并提出了该方法尚存在较大改进空间 随着核电设备不断升级 无论是主管道 核 级管道 还是 C P R1 0 0 0反应堆压力容器管 其焊 接难度 也不 断增 加 因此 窄 问隙热 丝 T I G焊 占 据了越来越重要的地位 王岚等l l 4 q 采 用窄 间隙 热丝 T I G焊接技术 研究了 C P R1 0 0 0反应堆压力 容器进出口接管与接管安全端的焊接 分析了焊 接缺陷产生的原因 优化了焊接质量 解决 了系 列质量不合格问题 为我 国窄间隙热丝 T I G焊接 技术在 核 电设备 中的推广 应用提供 了重要参考 3 2 阀 门接 管焊接 与核 电管道一样 石油天然气 海洋管道的 焊接质量要求也非常苛刻 高质量 高效率 的窄 间隙焊接方法成为其连接首选工艺技术 杨仁杰 等 1 7 l 研 究 了 常 用 的 T 9 1 P 9 1 X1 0 C r Mo V N b 9 1 高合金 耐热钢 的窄间隙热丝 T I G焊 工艺对其焊 接接头组织和力学性能的影响 这种钢常用于阀 门进气 接 管 朱 曼 等l 8 1 对 q b 4 0 6 mmx 6 0 m m 的 T P 3 4 7不锈钢 管进行 了全 位置高 频窄 问隙热丝 T I G焊工艺研究 通过设计窄间隙坡 口尺寸和控 制焊接工艺参数来确定焊缝的成形 得到了最佳 的坡 口角度和焊接参数 并检测了伸长率 低温 冲击功 低 温 C T O D值 以及横 向膨胀量 研究 结果均满足标准要求 3 3其他 管道 焊接 随 着 窄 间 隙 热 丝 T I G 焊 研 究 的 日益 深 人 除了核 电 石 油管道等领域的广泛应用 在锅 炉 交通运输 化工等领域的管道设备也不断引 入窄间隙热丝 T I G焊接 徐祥 久等 l 9 采用法 国 P o l y s o u d e公 司 的 窄 间 隙热 丝 T I G焊 接 系统 设 计仅 2 0 2 的窄间隙坡 口 对锅炉 S A一 3 3 5 P 1 2 低合金大直径 6 0 3 5 6 mm x 6 0 mm无缝钢管对接工 艺进行了研究 焊缝成形美观且内部无缺陷 另 外 K u s a n o 等 2 o l 指出窄间隙热丝 T I G焊也可以用 于 中厚容 器 焊接 4 热 丝 T I G 复合焊 管 道 焊 接 中 除 了 大 量 使 用 单 丝 热 丝 T I G焊 和 窄 间 隙 热 丝 T I G 焊 还 少 量 采 用 窄 间 隙双 弧 双丝热丝 T I G复合焊 窄间隙 T I G 一 激光电弧复 合 焊 激 光一 热丝 T I G电弧 复合 焊等焊接方法 研 究 2 l 2 2 发 现 利用 窄 间 隙双 弧 双丝 热 丝 T I G 复 合焊能很好地解决管道熔合 接头成形和焊接裂 纹等 问题 为 了控 制质 量和 提高 焊接效 率 在 大 型 核 电管 道 的 焊 接 中采 用 窄 间隙 T I G一 激 光 电 弧 复合 焊 而激 光一 热丝 T I G 电弧 复 合 焊 工艺 在 复 合 管焊接 时则 具有 绝对 的优 势 5 结 语 目前 在 石 油天然 气 压力 容器 海 洋工 程 等领域的管道焊接 中热丝 T I G焊应用越来越多 虽然其具有优质 高效和节能等优点 但是在焊 接效率 磁偏吹等方面还有很大改进空间 随着 微型机 数字化控制理论 质量控制等科学技术 的发 展 热 丝 T 1 C 焊 在 高 强 高 韧 管 道 焊 接 以 及高铁 航空 航天等高端工业领域的应用将逐 渐扩 大 集合低 的热输入 窄的焊接热影 响宽 度 优质的焊接接头等优点 热丝T I G焊焊接技 术将快速发展并应用于 业生产 参考 文献 2 01 7年 6月 第 4 0卷 第 6期 1 1 l 1 OR K wAT ANAB I H MYOGA r e t a 1 D e v e l o p me n t n f l 1 f 1 i wi r e TI G we l di n g met h o t s u s i ng pu l s e d g t l r l en t t o h e a t f i l l e r Wi l e i e s e a l e h i n p u l s e h e a t e j h o t w i r e T I G w e l d i n g p r o c e s s e s J l We l 1 i n g h l t e r n a t i n a J 2 0 0 4 1 8 6 45 6 4 68 2 l 赵 海 华学 f 叶欣 等 热丝 T I G 焊方法 最新研 究 逊 腱 热 7 f f l 艺 2 0 4 0 3 1 5 1 1 5 5 3 l 哦健 节无世 潘 颖 电站锅 炉僻一锊埘接热 丝 T I G焊 艺 的铆f 究l J 1 乜焊 村 1 9 9 2 2 l 6 一l 8 4 l 父 j 长 j 庀 曾海兵 AP l 0 0 0核 电蒸汽发 器管板 热 丝 r r 1 焊 r艺研 究 与庇 川 金属 加 l 热 加 1 2 0I 4 2 4 4 4 4 6 5 l 汤缱锋 热丝 F I G焊 转 炉汽化冷却 娴道 制造 I l 的啦 川 r U 机 2 0 0 9 3 9 4 1 4 1 1 4 3 6 l 乍掰 i 采 内 热丝 F I G堆焊 电焊机 2 0 0 5 3 5 1 2 49 51 7 l I J 1 SBH I RY C Ho t wi r e r i G n o t n e w b ut g ai n i n g a p p e a l l J 1 F e n t n l i s We h t i n g M a g a z i n e 2 0 0 7 8 0 9 2 4 2 4 8 1 V I 小 波 I j 德 叫 张 念 沁 等 X7 0管 道 内 双 相 小 锈 钢 热缝 T I G堆焊 I SI J 1 烨接 2 0 l 5 I 2 3 9 4 2 9 J D 1 X Z HO N G Z I E N G C e l d 1 M i F G S t Il l r u r a l e V O L I t i o I l o l h an s i t i o n z o n e o f 1 a d X7 0 wi t h d up l e x s l a i n l e s s s t e e l l J 1 M a t e l i a l s a n 1 1 e s i g n 2 0 l 6 9 5 2 3 1 2 3 6 l 0 1 S t N Q J H I l F Y U AN X e l a l R e s e a r h s t a t u s a n d v p l n p n l e n t I r e n I n f I l a r l O W g a p r i g w e h l i n g J A d v a n e e d Ma t e r i a l s Re s e a r h 2 0i I 3 0 8 I J 7 0 一I l 7 6 I l l C I A U S ME Y E l l H t t A N T S C H l I Ma n u f a L l r e o t t h h k wa l h 1 pr es s ul e v e s s e l s i i p e l I t i u l a r o ns i de l a t i o n o f a dv a n c e d we hl i ng pl e s s e s a nd n l e a s L l l e s fi r q ua l i l y g l S S U l a l l P Nt l e a l Eng i ne e i i l i g a nd 1 e s i g n 1 99 1 29 3 25 5 2 76 1 2l MANZ OL I T CA CC I A E Na r r o w g a p w e l d i n g o t l l e a v y g m I g s t e e l I 1 U l e a l c o in mn e r fl s I J 1 We l d i n g l n l e l n a ti o n a l 1 98 9 3 5 4l 7 42 3 1 1 3 1l 易耀 爻 lJ 观辉 刘 美华 等 窄 间隙 T I C 一 技 水 卡 发 电 没箭制造 厂 r f 的 J 1 J 热 加 r T 2 0 3 4 2 1 1 1 3 l 6 l 4 l 下岚 王伟波 孙 诮成 等 C P R1 0 0 0反应堆 力弈 安全端 接缺 陷原 闪分析 质 甘优化 按技 术 201 6 45 5 1 79 1 8I i 1 5 l 左波 余燕 热丝 G窄 问隙焊存 A P 1 0 0 0 竹进 接 I 1 的心 t4 C l 巾I叫核学 会 2 0 1 1 学 术年会 1 1 l 1 11 同 卡 之 学 会 2 0l 1 6 刘 闻徽 进 第 代核 电 A P 1 0 0 0反 堆 J 奔器 焊接技术珩 竿 折 焊接技 术 2 0 1 5 6 6 6 6 8 1 1 7 畅f 杰 沈学峰 k lJ 霞 等 阀门进汽接管 热 T I G 接接 组纵 j 性能 卡 H 天性研究l J I 热J J I l 1 2 01 2 41 1 9 1 42 一l 4 4 l 8 l 朱叟 罗晓 F P 3 4 7 锈 钢管 的令化胃南 带 叫隙 热 丝 r i g 焊 艺 r 乜焊 机 2 0 1 6 4 6 2 9 0 9 3 I 9 I 徐祥 久 李 商 男 窄Ih J 隙热丝 T 1 G 焊接T艺 fi J f 究 及缺 分析 电焊机 2 0 l 0 4 0 2 2 7 2 9 1 5 1 f 2 0 J K U S A N O K WA T A N AB E H R e e e n l t r e n d s i n d e v e l o p me n t i f hi g h em i e n c y F I G wel d i n g h i gh d e po s i t i o n T w e h l i n g a n d u l l r a n a n o w