王猛

（久立特材料科技股份有限公司，浙江 湖州 313000）

熱絲TIG焊技術(shù)在不銹鋼厚壁管施焊中的應(yīng)用

王猛

（久立特材料科技股份有限公司，浙江 湖州 313000）

闡述了熱絲TIG焊技術(shù)的工作原理和焊接不銹鋼厚壁管的優(yōu)勢，介紹了熱絲TIG焊在不銹鋼厚壁管焊接中的應(yīng)用，并通過選擇合適的坡口形式和焊接參數(shù)制定了詳細(xì)的焊接技術(shù)要點(diǎn)，分析了焊接過程中幾種常出現(xiàn)的缺陷形式及其預(yù)防措施，在很大程度上減小焊接缺陷的發(fā)生概率。

熱絲TIG焊；不銹鋼厚壁管；焊接缺陷

熱絲TIG焊是在傳統(tǒng)TIG焊（鎢極氬弧焊）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型焊接工藝，它由于采用惰性氣體氬氣保護(hù)，電弧燃燒穩(wěn)定，具有焊縫質(zhì)量好、效率高、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。熱絲TIG焊接時，將焊絲通過電阻絲加熱可提高焊絲的熔化速度，提高熔敷率，降低母材的稀釋率，故適應(yīng)性和應(yīng)用范圍極廣，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。不銹鋼厚壁管由于所含合金元素較多，壁厚較厚，如采用其他焊接方式容易產(chǎn)生未熔合、未焊透和坑洼裂紋等質(zhì)量缺陷。傳統(tǒng)的手工焊接方式生產(chǎn)效率低，工人勞動強(qiáng)度大，工件的質(zhì)量也無法得到保證。故國內(nèi)一些廠家開始采用更先進(jìn)的焊接方法——熱絲TIG焊技術(shù)。

1 熱絲TIG焊接原理及焊接不銹鋼厚壁管的優(yōu)勢

1.1 熱絲TIG焊接原理（圖1）

熱絲TIG焊是在普通TIG焊的基礎(chǔ)上加入獨(dú)立的焊絲加熱系統(tǒng)，使焊絲在送進(jìn)熔池前由獨(dú)立的電源加熱系統(tǒng)加熱至300～500℃，這可提高焊絲的熔化溫度，極大提高熔敷效率。通過這種方式調(diào)整熔池的熱輸入量，減小母材的稀釋率，將極大地豐富了熱絲TIG焊的適用范圍。熱絲TIG焊機(jī)的送絲機(jī)構(gòu)獨(dú)立于焊接機(jī)構(gòu)，故焊接過程平穩(wěn)，焊縫成形美觀，特別是對有坡口的焊縫，其側(cè)壁融合性要優(yōu)于MIG焊。熱絲TIG焊已能夠焊接壁厚300mm的管材，使其焊接不銹鋼厚壁管具有很大優(yōu)勢。

1.2 熱絲TIG焊接設(shè)備的工作特點(diǎn)

圖1 熱絲TIG焊接工作原理

熱絲TIG焊接設(shè)備主要由焊接模塊、固定機(jī)床、電源和冷卻系統(tǒng)等組成。其工作時鋼管轉(zhuǎn)動，焊槍保持位置不轉(zhuǎn)，焊縫處于平焊位置，焊機(jī)按照預(yù)制程序高效、連續(xù)地完成整條焊縫。引弧之前，把焊槍調(diào)到預(yù)置位置，并開始通惰性保護(hù)氣體，隨后開始引弧。起弧完成之后，鋼管開始勻速轉(zhuǎn)動，焊機(jī)隨之動作，焊接程序開始，焊絲開始送達(dá)。焊接過程中由弧長自動控制功能控制焊槍位置。每完成一層焊縫，焊槍按預(yù)置程序自動抬高，左右移動。最頂層焊縫完成時，熱絲停止輸送，焊槍停于程序預(yù)設(shè)位置，保護(hù)氣體也逐漸停止輸送。此時完成整條焊縫的焊接工作。

1.3 熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管的優(yōu)勢

熱絲TIG焊的優(yōu)點(diǎn)有很多。①可焊接出優(yōu)質(zhì)焊縫，電弧穩(wěn)定性高，焊接過程無焊渣飛濺，焊縫成形美觀。②設(shè)定合理的焊接工藝參數(shù)可把焊縫的母材不銹鋼管材的稀釋率控制在很低水平。③焊接速度快，其焊接速度能夠達(dá)到普通手工氬弧焊的3～5倍。④可實(shí)現(xiàn)厚壁工件的窄縫焊接，這不僅可提高焊接效率，還能改善焊縫質(zhì)量。⑤可在確保焊縫成形良好的情況下實(shí)現(xiàn)管道的全方位自動化焊接，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。不銹鋼厚壁管道是大型電站、石化裝置和高壓容器的重要焊接位置，并且其對焊縫的質(zhì)量要求很嚴(yán)苛，一些特殊情況下還要面對各種復(fù)雜的焊接工況。熱絲TIG焊由于母材稀釋率低，焊接熱輸入量少，可以在任意位置焊接成形等特點(diǎn)，故是最優(yōu)的焊接方案。

2 熱絲TIG焊在不銹鋼厚壁管焊接中的應(yīng)用

2.1 焊接前的準(zhǔn)備

焊接前應(yīng)對焊接產(chǎn)品進(jìn)行如下檢查：①核對焊接程序，確保焊機(jī)完好。②檢查焊接工件表面，確保無油污和銹蝕等缺陷。③核對焊接材料，確保使用驗(yàn)收合格的焊材。④確認(rèn)焊接操作員必須持有相應(yīng)的資格證書。

2.2 焊接坡口

根據(jù)焊接工藝試驗(yàn)，采用圖2所示的坡口形式。

圖2 不銹鋼厚壁管的焊接坡口 圖3 不銹鋼厚壁管焊接示意圖

2.2 參數(shù)設(shè)置

影響焊接性能的參數(shù)基本可以分為兩類：機(jī)械參數(shù)和工藝參數(shù)。如圖3所示，機(jī)械參數(shù)由焊機(jī)本身特點(diǎn)決定，包括焊槍傾角α、焊槍與送絲槍夾角β、焊絲伸出長度L2、鎢棒與鋼管中心距離F等。工藝參數(shù)有：焊接電流、電弧電壓、管子旋轉(zhuǎn)速度、擺動寬度與速度、擺動兩側(cè)停留時間、熱絲電流等。這其中任意一個參數(shù)變化都將影響到焊接質(zhì)量和穩(wěn)定性。經(jīng)過對比和多次試驗(yàn)，最終確定的機(jī)械參數(shù)和工藝參數(shù)如表1、2所示。熱絲TIG焊不銹鋼厚壁管時，每一層焊縫高度宜控制在2～4mm。

2.3 不銹鋼厚壁管焊接時的缺陷及其預(yù)防措施

熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時，對坡口的加工精度和表面平整度要求較高，不然容易產(chǎn)生氣孔、咬邊和裂紋等缺陷。這些缺陷有逐漸發(fā)展成裂紋的傾向，進(jìn)而破壞焊縫內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織，降低接頭的塑性和強(qiáng)度，甚至使接頭失效。針對相應(yīng)的缺陷，具體預(yù)防措施如下。（1）氣孔產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施。不銹鋼厚壁管焊接時，當(dāng)鋼管或者焊絲表面有油污、鐵銹和水分等雜質(zhì)；氬氣流量設(shè)置不當(dāng)，保護(hù)效果不佳；或者焊接回路能量過小都能產(chǎn)生氣孔缺陷。為了預(yù)防此缺陷產(chǎn)生，焊前需加強(qiáng)鋼管內(nèi)外壁、焊絲的檢查清理工作，并確定合適的電弧長度，以確保焊接區(qū)域完全處在氬氣的保護(hù)范圍之內(nèi)。（2）燒穿產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施。熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時，若設(shè)置的焊接電流過大、焊接速度過慢、焊接坡口底部間隙過大、電弧在焊縫處停留的時間太久等都會造成鋼管被燒穿。因此焊接之前需要采取合適的焊接電流配合合適的焊接速度，盡可能減小焊縫底部的裝配間隙等措施減小鋼管被燒穿的概率。（3）咬邊產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施。熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時，若焊槍擺動頻率或在焊縫兩側(cè)停留時間設(shè)置不當(dāng)、焊接熱輸入量過大、電弧過長等都可能在鋼管焊縫邊界形成凹陷或溝槽等缺陷。施焊前加強(qiáng)工件表面清理、匹配恰當(dāng)?shù)暮笜寯[動頻率及停留時間等都可以有效減少咬邊缺陷的出現(xiàn)。（4）未焊透產(chǎn)生的原因及其預(yù)防措施。熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管的形式是典型的單面焊雙面成型。若設(shè)置的焊接熱輸入量過小，電弧過長，焊縫坡口不合理，都能在焊縫另一側(cè)形成焊縫余高不足的缺陷。工作中可以通過匹配焊接電流與焊接速度，合理增大裝配間隙，合理設(shè)置坡口尺寸等減少未焊透缺陷的發(fā)生。（5）焊縫表面缺陷及其預(yù)防措施。熱絲TIG焊接不銹鋼厚壁管時，若焊接參數(shù)設(shè)置不合理容易在焊縫外表面產(chǎn)生凸起、凹陷等影響焊縫美觀的缺陷。凸起是由于焊接速度過慢，鋼管轉(zhuǎn)速與焊槍擺動速度不合理所致。凹陷是由于收弧過快，填充熔融金屬不足所致。合理的設(shè)置焊接電流、焊接速度等參數(shù)可以有效的防止未滿焊、焊縫余高過高等缺陷的出現(xiàn)。

表1 不銹鋼管對焊的機(jī)械參數(shù)

表2 不銹鋼管對焊的工藝參數(shù)

3 結(jié)語

熱絲TIG焊是極合理的焊接不銹鋼厚壁管的焊接工藝方法，具有很好的工藝性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性。

[1]湯建峰. 熱絲TIG焊在轉(zhuǎn)爐汽化冷卻煙道制造中的應(yīng)用[J].電焊機(jī)，2009,39(4):141～143.

[2]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

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