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        HTIG焊接技術(shù)在造船工程中的應(yīng)用試驗*

        2022-05-21 08:08:20汪家政劉在良李川江
        機械研究與應(yīng)用 2022年2期
        關(guān)鍵詞:低碳鋼機械性能管件

        汪家政,劉在良,李川江

        (1.舟山長宏國際船舶修造有限公司 設(shè)計部,浙江 舟山 316052;2.浙江國際海運職業(yè)技術(shù)學(xué)院船 海洋裝備工程學(xué)院,浙江 舟山 316021)

        0 引 言

        在當(dāng)前我國的造船工程焊接作業(yè)中,TIG焊在普通碳鋼管路焊接的打底焊,不銹鋼類管路、不銹鋼類舾裝件的焊接等方面有著廣泛的應(yīng)用。HTIG焊是一種新型高效、低成本的焊接方法,可以理解為傳統(tǒng)氬弧焊的升級版,其中H代表High-Efficiency,是高效的意思。HTIG焊接是一種新型的鎖孔深熔焊接工藝,它是利用較大直流電(>300 A)所產(chǎn)生的高能量電弧來實現(xiàn)深熔焊接,并且在 HTIG 焊接過程中還會產(chǎn)生類似穿孔型等離子焊所產(chǎn)生的小孔,可實現(xiàn)單面焊接雙面成型[1-2]。HTIG焊通過大電流形成較大電弧壓力與熔池液態(tài)金屬的表面張力實現(xiàn)相對平衡,形成動態(tài)小孔實現(xiàn)深熔焊接,所以HTIG焊又稱為KEY HOLE TIG[3]。HTIG焊接相對于普通TIG焊接,可以實現(xiàn)低碳鋼最大厚度8 mm,不銹鋼最大厚度12 mm對接不開坡口雙面成型。

        筆者針對HTIG焊接設(shè)備在船舶建造過程中的試驗,重點通過對船舶管路焊接作業(yè)中技術(shù)測試,驗證經(jīng)HTIG焊機焊接的試樣的機械性能,并委托持有ILAC-MRA及CNAS資質(zhì)的第三方實驗室進行NDT檢查和機械性能檢測。探索HTIG焊接技術(shù)在海洋工裝備制造領(lǐng)域應(yīng)用的有效應(yīng)對方法。

        1 HTIG焊接優(yōu)勢及對接組對的技術(shù)要求

        1.1 HTIG焊接優(yōu)勢

        表1 傳統(tǒng)氬弧焊(TIG)和HTIG對比表

        對于造船企業(yè)而言,HTIG焊接的最大優(yōu)勢可以歸納為如下三點。

        (1)如圖1和圖2所示,相對于傳統(tǒng)TIG焊接,HTIG焊接不用開坡口即可實現(xiàn)低碳鋼最大厚度8 mm,不銹鋼最大厚度12 mm對接焊的單面焊雙面成型,這就意味著可以節(jié)省開坡口,打底焊,埋弧蓋面等至少3道工序,大大提高了工效,降低了勞動成本。

        (2)由于不用開坡口,大大減少了焊絲,焊劑的消耗量,這也大大降低了生產(chǎn)成本。特別對于不銹鋼管路的焊接,節(jié)省的不銹鋼焊絲成本非??捎^。

        (3)由于沒有打底焊,熔深大,一次成型,HTIG焊接質(zhì)量更可靠,缺陷發(fā)生率更低。拍片一次合格率可以達到98%以上,遠高于傳統(tǒng)焊接方法。

        圖1 普通TIG焊接技術(shù)示意圖 圖2 HTIG焊接技術(shù)示意圖

        1.2 HTIG焊接對于對接組對的技術(shù)要求

        HTIG焊接對于工件在焊前的組對精度也有技術(shù)要求,具體為組對間隙0~1.5 mm,組對錯邊0~1.5 mm。如果工件在焊前的組對精度超標(biāo),必然影響焊縫的最終成型和焊接質(zhì)量。其中焊縫錯邊量會顯著增大靜應(yīng)力,使之接近材料的極限強度,并且局部應(yīng)力放大會顯著影響該區(qū)域的疲勞壽命,極大地增加了管路產(chǎn)品疲勞破壞的可能,需要在生產(chǎn)過程中嚴格關(guān)注和控制[5]。

        2 HTIG焊的WPS測試

        鑒于HTIG焊的諸多優(yōu)點,舟山某船舶修造有限公司決定在其船舶修造的管路制作焊接作業(yè)中對此技術(shù)進行測試。并且,為了驗證經(jīng)HTIG焊機焊接的試樣的機械性能,委托持有ILAC-MRA及CNAS資質(zhì)的第三方實驗室進行NDT 檢查和機械性能檢測。

        2.1 試焊及外觀情況

        試樣定位焊由普通氬弧焊進行定位,焊縫間隙0~2 mm,部分存在錯邊0.5 mm左右。焊接試樣的基本信息及外觀成形結(jié)果如表2所列,焊縫內(nèi)外成型如圖3~6所示。

        表2 焊接試樣的基本信息及外觀成形結(jié)果

        圖3 低碳鋼管焊縫外部成形 圖4 低碳鋼管焊縫內(nèi)部成形

        圖5 低碳鋼管焊縫外部成形 圖6 低碳鋼管焊縫內(nèi)部成形

        2.2 NDT無損檢測

        此次試驗是根據(jù)DNVGL規(guī)范要求,并按照NB/T47013.2-2015 RT檢測標(biāo)準進行,發(fā)現(xiàn)管子局部存在點狀氣孔和夾渣,后期焊接過程中需加以防范。但總體檢測結(jié)果較好,質(zhì)量符合2級片標(biāo)準(1級最好,3級最差),屬于合格范圍。具體如表3所列。

        丹七軟膠囊脂溶性成分的GC-MS指紋圖譜研究…………………………………………………… 龐 穎等(6):766

        2.3 機械性能檢測

        機械性能各項參數(shù)符合規(guī)范要求,具體見表4的機械性能檢測結(jié)果。

        表3 NDT檢測結(jié)果

        表4 機械性能檢測結(jié)果

        3 問題及解決思路

        通過完整的焊接WPS試驗后,該船舶修造有限公司開始在其修造船業(yè)務(wù)的管路制作中逐步試用此HTIG焊接設(shè)備,隨著設(shè)備調(diào)試和試運行,通過試焊,發(fā)現(xiàn)局部存在背面成型不均勻、未熔透、燒穿、液態(tài)金屬流掛、焊縫余高不足或余高過高的現(xiàn)象,如圖7。

        3.1 原因分析

        (1)管件對接端口存在自然坡口的現(xiàn)象(等離子切割下料導(dǎo)致接縫端面平直度和垂直度不足);這種自然坡口的存在使得接縫間隙不均勻,局部超過2 mm。

        (2)管子自身的圓度存在公差,導(dǎo)致接縫處出現(xiàn)錯邊。Φ480以上的大口徑管路對接的最大錯邊可達2 mm。

        (3)管件在轉(zhuǎn)輪上的回轉(zhuǎn)中心不固定,回轉(zhuǎn)時出現(xiàn)管件輕微跳動。

        (4)焊接參數(shù)設(shè)置不合理,焊接過程中臨時調(diào)節(jié)焊接參數(shù)(電流、電壓、焊接速度)導(dǎo)致背面成型不均勻。

        (5)操作人員的技能和熟練程度也會導(dǎo)致背面成型問題。

        圖7 焊縫內(nèi)部成形出現(xiàn)燒穿,金屬流掛缺陷

        3.2 解決思路

        (1)管材下料采用鋸床切割下料,提高管材下料精度,保證管口切割平直度和垂直度,確保焊接裝配間隙均勻。

        (2)明確管件拼裝作業(yè)技術(shù)要求,嚴格控制管件拼裝作業(yè)流程。

        (3)后續(xù)焊接嚴格按照工藝要求進行,避免參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致焊縫成形問題的產(chǎn)生。

        (4)為了更便于在施焊時找到管件的固定回轉(zhuǎn)中心,考慮定購無坡口的非標(biāo)特種彎頭。

        (5)在設(shè)備試用階段,要求設(shè)備廠家協(xié)助培訓(xùn)相應(yīng)數(shù)量的焊接操作人員。

        (6)如果設(shè)備自身能實現(xiàn)對鎢極與工件距離的自適應(yīng)性調(diào)整,將對進一步改善焊縫成形有很大效果。

        按照以上解決問題的思路,該船舶修造公司隨即對管路零件組對前的準備工作進行整改,確保下料精度,保證組對的間隙和錯邊量在設(shè)備可接受的范圍之內(nèi)。同時加強了對管路制作和焊接作業(yè)人員的培訓(xùn)。通過以上整改措施的實施,后續(xù)的HTIG焊接焊縫成形更加穩(wěn)定和美觀。

        3.3 焊接參數(shù)設(shè)置

        對于不同管徑、不同壁厚的管件在焊接電流、回轉(zhuǎn)速度等參數(shù)設(shè)置上尚未形成匹配明確的默認值選項,這對于工人施焊操作增加了難度。要求此HTIG焊接設(shè)備的供應(yīng)商開發(fā)針對不同管徑和壁厚的焊接參數(shù)選型,在不同的默認焊接參數(shù)范圍內(nèi),設(shè)備能實現(xiàn)自適應(yīng)性的微調(diào),以達到更佳的焊接效果。

        4 結(jié) 語

        HTIG焊接質(zhì)量可靠,經(jīng)濟性可觀,是一項新型的先進焊接方法,在船舶管路焊接方面有較好的應(yīng)用空間。但是在焊接工件的組對精度上要求較高,需要針對性進行控制。同時HTIG焊接設(shè)備目前自動化程度和自適應(yīng)能力還需要進一步提升,以適應(yīng)大批量施焊作業(yè)過程中的簡便操作需求。通過對船舶管路焊接作業(yè)中HTIG焊機焊接試樣的機械性能,并委托第三方實驗室進行NDT檢查和機械性能檢測,通過試用過程中暴露的問題給出有效的解決問題建議,對于探索HTIG焊接技術(shù)在海洋工裝備制造領(lǐng)域應(yīng)用具有一定的參考意義。

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