馮英超 王健

1.概述

核電站主冷卻劑回路管道（簡稱主管道）連接反應(yīng)堆壓力容器、蒸汽發(fā)生器和主泵，構(gòu)成一回路壓力邊界。福清、方家山核電站主回路管道現(xiàn)場的安裝施工使用了純氬保護(hù)窄間隙自動焊（TOCE）焊接工藝，以實現(xiàn)縮短建造周期、提高施工質(zhì)量、降低建造成本的目的。

在使用TOCE自動焊工藝進(jìn)行主管道施工過程中，由于某些5GT位置焊口出現(xiàn)了電弧偏吹的情況，甚至影響了側(cè)壁熔合，對焊接質(zhì)量有不良影響，所以對出現(xiàn)電弧偏吹的焊道有時需進(jìn)行特殊處理，影響了施工進(jìn)度。本文就上述問題，從現(xiàn)場施工角度，保證質(zhì)量、保證工期的觀點出發(fā)，給出調(diào)整方法。

2.TOCE焊接工藝

（1）焊接方法 TOCE焊接工藝指純氬保護(hù)窄間隙TIG自動焊。

（2）焊接設(shè)備 自動焊設(shè)備即自動焊焊機(jī)，是窄間隙自動焊實施的承載主體。

（3）填充材料 填充材料為不銹鋼焊絲：ER 316L、φ0.8mm和ER 316LSi、φ1.0mm，其中ER 316L用于熔透焊道、支撐焊道的焊接，ER 316LSi用于后續(xù)填充焊道、蓋面焊道的焊接。

3.電弧偏吹問題描述

TOCE窄間隙自動焊實施過程中，部分5GT位置焊口出現(xiàn)了電弧偏吹的情況，具體表現(xiàn)為電弧偏向焊縫左側(cè)或右側(cè)，導(dǎo)致焊縫根部兩側(cè)熔合不均勻，尤其以180°～270°情況嚴(yán)重（見圖1）。

圖1a中鎢極對準(zhǔn)焊縫中心，所使用的焊接參數(shù)亦為主管道焊接數(shù)據(jù)包內(nèi)的焊接參數(shù)，但電弧偏向焊縫一側(cè)，導(dǎo)致焊縫根部兩側(cè)熔合不均勻，對下一道的施焊工作造成了一定影響。圖1b中，由于電弧偏吹影響，導(dǎo)致焊縫根部熔池分布不均勻，只能通過調(diào)整鎢極橫向位置來進(jìn)行施焊，給正常施焊工作造成了影響，嚴(yán)重時需對焊縫進(jìn)行打磨處理，以消除焊縫根部死角，確保焊接質(zhì)量。

圖1 焊接過程中出現(xiàn)的電弧偏吹情況

4.調(diào)整電弧偏吹方法

針對出現(xiàn)電弧偏吹的問題，給出以下幾種調(diào)整方法。

（1）規(guī)范鎢極尺寸 鎢極平臺尺寸（見圖2）在工藝評定范圍內(nèi)盡量小，鎢極的平臺要保證水平度，鎢極錐度要標(biāo)準(zhǔn)，在磨削過程中保證鎢極錐度達(dá)到要求。鎢極的尺寸影響到電弧張開角度，在電弧偏吹情況出現(xiàn)的時候，電弧張開角度越大對焊縫根部熔合情況越有好處。建議出現(xiàn)電弧偏吹情況時，在確保鎢極平臺水平度的同時，將鎢極平臺尺寸磨削至焊接數(shù)據(jù)包中規(guī)定的下限，即越小越好，可有效緩解由于電弧偏吹導(dǎo)致的焊縫根部兩側(cè)熔合不均勻的情況。

（2）鎢極橫向角度調(diào)整與焊接過程中的鎢極位置調(diào)整 鎢極的角度影響到電弧的角度，在焊前準(zhǔn)備時注意管道方向上的角度調(diào)整，在焊接過程中注意管道軸線方向上的實時調(diào)整。

如圖3所示，若在焊接過程中出現(xiàn)了電弧偏吹的情況并且已經(jīng)影響到了焊縫根部兩側(cè)成形，那么可選擇調(diào)整鎢極橫向偏轉(zhuǎn)，將鎢極前端向焊縫熔合不良的一側(cè)偏轉(zhuǎn)。施焊過程中也要實時注意焊縫根部熔合情況，通過調(diào)整鎢極橫向位置來改善電弧偏吹所帶來的影響。

（3）通過調(diào)整焊接參數(shù)抑制電弧偏吹的影響 調(diào)整參數(shù)應(yīng)在焊接數(shù)據(jù)包所包含的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。為了抑制電弧偏吹的影響，在確保側(cè)壁熔合良好的前提下，壓低弧壓，降低基值電流，視熔池與側(cè)壁熔合情況降低峰值電流，盡量減小熱輸入量，并將熔池控制在較小范圍內(nèi)。

圖2 鎢極尺寸示意

圖3 焊前準(zhǔn)備時鎢極偏轉(zhuǎn)角度橫向調(diào)整

壓低弧壓的作用：一是降低了熱輸入量，使熔池變小并更容易控制；二是壓低弧壓，即是減小了鎢極尖部電弧作用于熔池的距離，益于熔池與焊縫的熔合。

通過焊接參數(shù)的調(diào)整，可緩解電弧偏吹帶來的焊縫根部熔合不良的影響。

（4）焊縫成形本身對熔合不良的影響 在主管道TOCE窄間隙自動焊焊接工藝中，保證焊縫根部兩側(cè)熔合情況是重中之重，而在施焊過程中，前一道焊縫的外觀成形情況直接影響到下一道焊縫的熔合是否良好。

如果由于電弧偏吹的影響在施焊過程中造成焊縫成形不良，并且沒有進(jìn)行自熔或打磨處理，那么在下一道進(jìn)行焊接時，在同樣的電弧偏吹影響下，將更加難以保證焊縫根部兩側(cè)熔合情況，隨著焊接施工的進(jìn)行，這種情況會更加嚴(yán)重。

調(diào)整焊縫成形的目的即是確保在每一次填絲施焊時，焊縫根部平整、均勻，利于熔池的熔合，從而緩解電弧偏吹對焊縫熔合情況的影響。方法如下：

第一，打磨。在電弧偏吹嚴(yán)重影響到焊縫成形的情況下，或者其他諸如由于粘鎢、熔孔等問題導(dǎo)致的焊縫成形不良均可進(jìn)行打磨處理。打磨的標(biāo)準(zhǔn)為焊縫根部圓滑過渡，將所有可能影響焊縫熔合的死角全部打磨干凈，同時盡量保證焊縫深度的一致性或者比較圓滑的過渡，避免出現(xiàn)焊縫深度陡降的情況。

第二，調(diào)整焊道。在焊縫出現(xiàn)側(cè)壁熔合不良、打磨、壓道焊成形不美觀和焊縫深度不同等不良外觀現(xiàn)象時，可以不使用或使用填充金屬對焊縫進(jìn)行再熔合。需在不同類型焊道的規(guī)定參數(shù)中選取對應(yīng)使用的參數(shù)。

調(diào)整焊道的目的在于通過再熔合，將原本焊縫成形不良的位置調(diào)整至良好狀態(tài)，使之不會影響到下一道焊接。

進(jìn)行調(diào)整焊道施焊時，若單道無法保證將焊縫根部調(diào)整至平滑狀態(tài)，可使用焊接數(shù)據(jù)包中電流、弧壓的下限焊接參數(shù)進(jìn)行偏離焊接，即單道只確保單側(cè)熔合情況，焊縫偏左、偏右各施焊一次，來確保焊縫平滑過渡，調(diào)整由于電弧偏吹造成的焊縫成形不良的情況。

5.結(jié)語

本文對TOCE自動焊在主管道施工中出現(xiàn)的電弧偏吹問題進(jìn)行了描述并給出了調(diào)整方法，通過這種調(diào)整可保證后續(xù)TOCE工藝的順利實施，希望對未來使用自動焊進(jìn)行施工的大管徑厚壁管道焊接工作提供一些幫助。