扈如俊

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 揚(yáng)州225200)

鋁合金螺旋焊管雙面雙弧TIG焊接技術(shù)

扈如俊

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇 揚(yáng)州225200)

為了得到較高焊接質(zhì)量的鋁合金螺旋焊管，提高焊接效率，采用新型雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術(shù)對(duì)6mm、7mm、8mm、10mm高強(qiáng)耐蝕鋁合金板材進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，并對(duì)所焊試樣的焊接接頭進(jìn)行了射線和金相檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接工藝，焊縫成形美觀，無(wú)氣孔、夾渣、焊瘤、咬邊等缺陷；焊縫內(nèi)部質(zhì)量、金相組織符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

焊接；鋁合金螺旋焊管；雙面雙弧脈沖波控TIG焊接；焊接工藝

目前，國(guó)內(nèi)鋼制螺旋管焊接技術(shù)已經(jīng)較為成熟[1-2]，大多采用自動(dòng)埋弧焊接方式，但鋁合金螺旋焊管生產(chǎn)工藝被德國(guó)、法國(guó)等少數(shù)國(guó)家壟斷。在鋁合金螺旋焊管生產(chǎn)中，螺旋焊縫的焊接是非常重要的一環(huán)。由于國(guó)內(nèi)對(duì)鋁合金螺旋管焊接的許多技術(shù)難點(diǎn)還未攻克，目前幾乎不能生產(chǎn)，因此國(guó)內(nèi)對(duì)鋁合金螺旋焊管的需求只能依賴進(jìn)口。

近幾年，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)鋁合金螺旋焊管需求的增加，攻克螺旋管焊接技術(shù)難點(diǎn)迫在眉睫。鋁合金焊接容易出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷，為了得到較高的焊接質(zhì)量，提高焊接效率，本研究采用新型雙面雙弧焊接技術(shù)進(jìn)行鋁合金螺旋焊管的焊接。

1 鋁合金螺旋焊管的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

鋁合金螺旋焊管以鋁合金卷板為原材料，通過(guò)鋁合金螺旋焊管生產(chǎn)線，將鋁合金卷板按一定的螺旋線角度(成型角)卷成管坯，然后將管縫焊接起來(lái)制成鋁合金螺旋焊管。成型焊接后的鋁合金螺旋焊管如圖1所示。鋁合金螺旋焊管與鋁合金直縫焊管相比，其生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)的，因此生產(chǎn)效率更高，而鋁合金直縫焊管生產(chǎn)工序是分段的，相對(duì)生產(chǎn)效率較低。鋁合金螺旋焊管與鋁合金無(wú)縫管相比，小直徑時(shí)選用鋁合金無(wú)縫管較多，大直徑時(shí)由于成本高且受模具規(guī)格的限制，使得大直徑鋁合金無(wú)縫管的使用受到限制。特別是大直徑薄壁鋁合金無(wú)縫管，由于受生產(chǎn)技術(shù)的限制，幾乎不能生產(chǎn)，但可以生產(chǎn)任意直徑和壁厚的鋁合金螺旋焊管[1-2]。

圖1 成型焊接后的鋁合金螺旋焊管

鋁合金螺旋焊管在兩端焊上法蘭后即成為鋁合金螺旋焊管管殼，如圖2所示。鋁合金螺旋焊管管殼是核電、水電和火電電站用超(特)高壓輸變電母線管系統(tǒng)(GIL)的關(guān)鍵部件，主要用于核電、水電、火電等大型電站的主變壓器至組合電器的超(特)高壓傳輸、大都市地下超高壓變電站、超(特)高壓超遠(yuǎn)程傳輸?shù)忍厥鈪^(qū)域，同時(shí)在嚴(yán)寒、高海拔、重污穢、人口稠密地區(qū)用GIL替代高架電纜輸送超(特)高壓電能。

圖2 鋁合金螺旋焊管管殼

2 鋁合金螺旋焊管生產(chǎn)工藝流程

鋁合金螺旋焊管成型-焊接生產(chǎn)工藝流程[3-4]：鋁合金卷板開(kāi)平→鋁合金板矯平→鋁合金板銑邊→成型機(jī)將板料成型為圓管狀(上卷成型法)→雙面雙弧焊接→檢驗(yàn)檢測(cè)→螺旋焊管切斷→螺旋焊管下線。

3 焊前準(zhǔn)備

3.1 坡口加工及其表面清理

鋁合金板帶在三輥成型之前進(jìn)行剪切邊，再用銑邊機(jī)銑出焊接坡口，同時(shí)修去板邊毛刺，去除氧化膜，并設(shè)置有清洗裝置，可靠消除坡口及其兩側(cè)表面的氧化膜，保證焊接過(guò)程的穩(wěn)定和焊縫質(zhì)量。

3.2 解決焊管傳動(dòng)過(guò)程中的“竄動(dòng)”問(wèn)題

由于螺旋焊管傳動(dòng)時(shí)會(huì)在前后方向上發(fā)生“竄動(dòng)”，因此制作了一套柔性焊接跟蹤系統(tǒng)，以確保焊接過(guò)程順利連貫，從而保證焊接質(zhì)量。

3.3 成型與組對(duì)的精度控制

為了確保鋁合金螺旋焊管成型與組對(duì)的精度，研制了鋁合金板帶開(kāi)卷、矯平、電動(dòng)夾送送進(jìn)、三輥彎板、內(nèi)承式定徑等工藝和生產(chǎn)線裝備，突破了液壓驅(qū)動(dòng)方式、步進(jìn)式驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)螺旋成型角等關(guān)鍵技術(shù)。生產(chǎn)過(guò)程中，以鋁合金焊管中心線為基準(zhǔn)定位，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)卷板對(duì)口情況自動(dòng)識(shí)別接頭坡口間隙和對(duì)口錯(cuò)邊量，自動(dòng)調(diào)整液壓驅(qū)動(dòng)，保證鋁合金焊管成型中心線符合設(shè)計(jì)要求，從而保證組對(duì)精度[5]。

4 鋁合金螺旋焊管的焊接技術(shù)

4.1 雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術(shù)的優(yōu)越性

鋁合金螺旋焊管焊接時(shí)，采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接工藝，I形坡口，對(duì)稱焊接，不留間隙，僅需填充少量的焊接材料，實(shí)現(xiàn)了低耗高效優(yōu)質(zhì)焊接；焊接過(guò)程中，雙弧脈沖電流同時(shí)對(duì)稱焊接，雙弧參數(shù)相互協(xié)調(diào)成形。焊接時(shí)，雙弧電流同時(shí)同步同點(diǎn)加熱，既保證了根部熔合，減少了氣孔等焊接缺陷，又解決了焊接速度與焊縫成形的矛盾。該焊接工藝可以實(shí)現(xiàn)高效、高速、無(wú)缺陷的焊縫，焊接接頭成形美觀，質(zhì)量?jī)?yōu)良[1-4]。

鋁合金焊接對(duì)接頭坡口表面清理要求高，若不采用雙面雙弧對(duì)稱焊，則需要解決多層焊坡口清理的難題，采用雙面雙弧立焊技術(shù)，對(duì)6mm、7mm、8mm、10mm鋁合金板材可一次性焊透，不用清根，極大地提高了生產(chǎn)效率。雙面電弧TIG立焊系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 雙面電弧脈沖TIG立焊系統(tǒng)示意圖

4.2 焊接材料的選用

填充材料選用與母材同類(lèi)的材質(zhì)，焊絲直徑1.2mm。保護(hù)氣體采用99.999％的高純Ar[3-6]。典型母材與焊絲的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

4.3 焊接工藝參數(shù)的確定

制作若干組焊接試樣，采用I型坡口，焊接時(shí)不留間隙。研究了不同焊接參數(shù)對(duì)接頭質(zhì)量的影響，對(duì)焊接試樣進(jìn)行外觀、射線、組織、成分及力學(xué)性能等一系列檢測(cè)，最終確定6～10mm高強(qiáng)耐蝕鋁合金螺旋焊管焊接工藝參數(shù)[3-8]見(jiàn)表2。

表1 典型母材與填充材料的化學(xué)成分

表2 不同厚度高強(qiáng)鋁合金平板焊接工藝參數(shù)

雙面雙弧脈沖波控TIG焊接的電流波形如圖4所示，鋁合金螺旋焊管批量生產(chǎn)的焊縫照片如圖5所示。

4.4 焊縫射線檢測(cè)及金相檢查結(jié)果

高強(qiáng)鋁合金螺旋焊管成形焊后均采用射線檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果表明，焊縫無(wú)氣孔、夾渣、焊瘤、咬邊等缺陷，且焊縫紋路美觀，全部符合核電等產(chǎn)品圖樣要求，達(dá)到I級(jí)片的標(biāo)準(zhǔn)[9-11]。

對(duì)焊接接頭進(jìn)行宏觀形貌抽樣檢查，結(jié)果如圖6所示。由圖6可見(jiàn)，焊縫內(nèi)部無(wú)缺陷，組織和正常TIG焊一致，組織致密，和母材無(wú)明顯差異。

圖4 雙面雙弧脈沖波控TIG焊接電流波形

圖5 高強(qiáng)鋁合金螺旋焊管批量生產(chǎn)的焊縫照片

圖6 高強(qiáng)鋁合金螺旋焊管焊接接頭宏觀形貌

5 結(jié)束語(yǔ)

采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術(shù)，對(duì)6mm、7mm、8mm、10mm高強(qiáng)耐蝕鋁合金板材可一次性焊透，不用清根，螺旋焊管生產(chǎn)效率高。采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術(shù)，焊縫成形美觀，焊縫內(nèi)部質(zhì)量、金相組織符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)鋁合金螺旋焊管的國(guó)產(chǎn)化生產(chǎn)。

[1]馮日海，周方明，蔣成禹.雙弧焊工藝研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J].焊接，2002(1)：5-8.

[2]王克鴻，高飛，高俊平，等.基于視覺(jué)的機(jī)器人智能化焊接技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2010，39(5)：1-6.

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[4]張秋平.國(guó)外焊接新工藝-雙面電弧焊技術(shù)[J].飛航導(dǎo)彈，2004(10)：57-60.

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[8]苗玉剛.鋁合金激光TIG雙面焊接特性與能量作用機(jī)制研究[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2008.

[9]JB/T 4734—2002，鋁制焊接容器[S].

[10]GB/T 28819—2012，充氣高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備用鋁合金外殼[S].

[11]TSGR0004—2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

TIG Welding Technology of Double Side Double Arc for Aluminum Alloy Spiral Welded Pipe

HU Rujun
(Jiangsu Special Equipment Safety Supervision and Inspection Institute,Yangzhou 225200,Jiangsu,China)

In order to get higher welding quality aluminium alloy spiral welded pipe,and improve the welding efficiency,it adopted newer double side double arc welding technology to conduct welding tests on 6mm,7mm,8mm and 10mm thickness high strength aluminium alloy steel plates,and carried out X-ray testing and metallographic test.Test results showed that adopting the double side double arc pulse wave control TIG welding process,weld appearance is good,without stoma,inclusions,welding beading,undercut and other defects;the internal quality of weld and metallographic organization conform to the requirements of the standard specification.

welding； aluminum alloy spiral welded pipe； double side double arc pulse wave control TIG welding； welding process

TG445

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.12.004

扈如俊(1971—)，男，漢族，工程師，現(xiàn)任鍋爐壓力容器檢驗(yàn)室主任，主要研究方向鍋爐壓力容器壓力管道制造監(jiān)檢。

2016-08-10

修改稿收稿日期：2016-11-01

羅 剛

中石油西氣東輸三線東段建成通氣

2016年12月12日，來(lái)自中亞國(guó)家和塔里木氣區(qū)的天然氣到達(dá)福建省福州市，西氣東輸三線東段工程建成通氣，開(kāi)始進(jìn)行調(diào)試。西氣東輸三線是繼西氣東輸二線建成投產(chǎn)后又一條橫貫中國(guó)東西兩端的能源戰(zhàn)略通道。西氣東輸三線東段吉安—福州段工程起于西二線江西吉安聯(lián)絡(luò)站，止于福建省福州末站，全長(zhǎng)832.4km，設(shè)計(jì)年輸量150億m3，設(shè)計(jì)壓力10MPa。

西氣東輸三線東段工程于2012年9月26日正式開(kāi)工，工程經(jīng)過(guò)贛南閩西丘陵地區(qū)和福建沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，管道沿線80％為山區(qū)，管線穿越山體隧道、大型河流眾多，工程建設(shè)難度和風(fēng)險(xiǎn)大。管道建設(shè)過(guò)程中注重環(huán)境保護(hù)和水土保持，沿線臨時(shí)占用農(nóng)田已全部復(fù)耕，將為后續(xù)同類(lèi)工程施工樹(shù)立了環(huán)保榜樣和技術(shù)標(biāo)桿。

據(jù)悉，為更好保障和服務(wù)福建省天然氣需求，2020年前擬建設(shè)7條支線，并擇機(jī)與中海油福建管網(wǎng)互聯(lián)互通。

(黃蔚莉摘自中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司網(wǎng)站)