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摘要：將A-TIG焊接技術(shù)應(yīng)用于撬裝設(shè)備管道的自動(dòng)焊接，對(duì)低碳鋼和不銹鋼管A-TIG自動(dòng)焊的焊接工藝進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，自行開發(fā)的管道A-TIG焊接活性劑和自動(dòng)A-TIG焊接工藝，實(shí)現(xiàn)了壁厚≤6mm管道的不開坡口一次性焊透，所得焊接接頭外觀、無(wú)損檢測(cè)、宏觀微觀金相和力學(xué)性能達(dá)到要求。該工藝已成功應(yīng)用于撬裝管道焊接，取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：A-TIG自動(dòng)焊；焊接熔深；焊接工藝；撬裝；焊接變形

1.概述

近些年來(lái)國(guó)內(nèi)外撬裝裝備制造企業(yè)越來(lái)越多，由于撬裝裝備上管道長(zhǎng)度較短，管道柔性相對(duì)較差，所以對(duì)預(yù)制精度和焊接變形提出了更高的要求。而A—TIG（ActivatingfluxTIG）焊接法對(duì)于較薄壁厚焊件不需要坡口和組對(duì)間隙就可一次熔透，大大減小了變形，滿足了撬裝設(shè)備管道預(yù)制的要求。為了提高焊接效率和工藝穩(wěn)定性將A—TIG焊技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，用于撬裝裝備制造行業(yè)管道預(yù)制生產(chǎn)。用自行研制的活性劑通過一系列試驗(yàn)，終于獲得各項(xiàng)性能指標(biāo)合格的焊接接頭，并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

2.設(shè)備和材料

經(jīng)過試驗(yàn)和大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，壁厚≤6mm的碳鋼不銹鋼管均可使用A－TIG焊工藝進(jìn)行焊接。本文以母材為20鋼和06Cr19Ni10，φ60mm×4.5mm、φ60mm×6.0mm、φ114mm×6.0mm三種規(guī)格的管子為例進(jìn)行說明。A—TIG焊接后，焊縫正面會(huì)有凹陷，采用填絲自動(dòng)TIG焊進(jìn)行蓋面。所用碳鋼和不銹鋼活性劑均為自行研制，活性劑的成分主要由氧化物和鹵化物粉末組成。各組分為分析純粉末狀或顆粒狀，各組分的要求符合JB/T11084—2001不銹鋼和碳鋼A—TIG活性劑的要求。尤其是顆粒度要求固體顆粒直徑≤74mm。根據(jù)各組元對(duì)焊縫熔深的影響規(guī)律，調(diào)整各組元的百分含量，利用正交法得到了比較滿意的配方。A—TIG焊活性劑使用方法如下：步驟1：將固體粉末A—TIG焊活性劑按每10g的20~30mL的工業(yè)丙酮進(jìn)行配比，均勻混合。步驟2：待焊工件表面去油、去污，并打磨出金屬光澤。步驟3：用干燥清潔的刷子沾取活性劑，均勻涂敷在待焊工件表面，以覆蓋金屬光澤為宜，涂層寬度約為10~20mm。步驟4：待丙酮揮發(fā)后，在30min內(nèi)進(jìn)行常規(guī)TIG焊。

3.焊接工藝

焊接工藝為自動(dòng)A-TIG焊打底，自動(dòng)TIG填絲蓋面，低碳鋼管采用I形坡口，無(wú)間隙組對(duì)焊接位置為管子水平轉(zhuǎn)動(dòng)。保護(hù)氣流量為8~15L/min；電弧長(zhǎng)度1~3mm。焊接環(huán)境溫度不低于-5℃，環(huán)境濕度不高于90%RH。提前送氣，滯后停氣，收弧可采用減少焊接電流或減慢焊速多加焊絲完成。自動(dòng)A—TIG焊打底時(shí)不需焊槍、不需擺動(dòng)，自動(dòng)TIG填絲焊時(shí)擺動(dòng)。在A—TIG焊接過程中，需要注意焊接參數(shù)不能從始至終保持不變。開始焊接時(shí)管件溫度低，往往開始有一小段不容易熔透，隨著焊接的進(jìn)行，管件的溫度越來(lái)越高，如果保持焊接參數(shù)不變，很可能發(fā)生燒穿的危險(xiǎn)。必須在施焊過程中不斷調(diào)節(jié)參數(shù)，適當(dāng)減小電流或適當(dāng)增大焊接速度。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，管子的厚度、直徑不同，要使管子完全熔透焊接參數(shù)也不盡相同，管子完全熔透所用參數(shù)如附表所示。A—TIG焊接完成后要打磨，采用常規(guī)自動(dòng)TIG焊填絲蓋面，只需蓋一層即可填滿焊道。

4.熔深影響因素

根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，截取宏觀金相試樣，觀察熔透情況。圖1試件的壁厚、焊接參數(shù)完全相同，但圖1a試件施焊前焊縫處涂敷了活性劑，而圖1b試件則沒有，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，涂敷活性劑后焊縫的熔深明顯加深，熔寬明顯變窄。A—TIG焊縫的熔深還與焊接規(guī)范有關(guān)。圖2管件材質(zhì)規(guī)格完全相同，并且焊前都涂敷了活性劑，但焊接規(guī)范不同，兩者焊接速度相同，圖2a試件施焊電流為150~160A，代表了較大焊接規(guī)范，圖2b試件施焊電流為110A-120A，代表了較小焊接規(guī)范。從圖中可以看出，圖2a比圖2b焊縫的熔深明顯加深，說明焊接規(guī)范越大熔深越深。

5.焊接接頭性能

（1）焊縫外觀及無(wú)損檢測(cè)φ60mm×4.5mm、φ60mm×6mm和φ114mm×6mm三種管子用A—TIG打底之后，焊縫部位向下凹陷，焊縫表面有一層薄薄的黑色渣皮。用焊絲蓋面之后焊縫光滑平整，紋路均勻。焊縫背面光滑平整，焊縫背面高度在0.5~1.8mm左右，焊縫正面高度在1.5~2.0mm。焊接變形量＜0.5mm，遠(yuǎn)低于常規(guī)方法焊接，如圖3、圖4所示。焊接接頭的無(wú)損檢測(cè)按NB/T47013—2015進(jìn)行焊縫等級(jí)評(píng)定，X射線透照質(zhì)量等級(jí)AB級(jí),焊接接頭經(jīng)射線檢測(cè)后達(dá)到了I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。（2）力學(xué)性能按GB/T228進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，按GB/T232進(jìn)行彎曲試驗(yàn)試件的力學(xué)性能達(dá)到母材標(biāo)準(zhǔn)要求，說明活性劑的使用不影響焊接接頭的力學(xué)性能。（3）宏觀微觀金相從宏觀金相上看焊縫熔合良好，沒有氣孔、裂紋、夾渣、未焊透及未熔合等缺陷。從放大200倍之后的焊縫、熱影響區(qū)的金相組織，可看出φ60mm×6mm的0Cr18Ni9管子A—TIG焊縫金屬和熱影響區(qū)組織為奧氏體+鐵素體+少許沉淀物，φ60mm×6mm的20鋼管子焊縫組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，熱影響區(qū)組織為鐵素體+珠光體，均沒有發(fā)現(xiàn)微裂紋及影響性能的有害沉淀物，如圖5~圖8所示。

6.與常規(guī)TIG焊相比的優(yōu)缺點(diǎn)① 

（1）優(yōu)點(diǎn)需要加工坡口。②焊縫截面積小，節(jié)省了焊材。③一次熔透6mm，提高了效率。④由于該工藝不需要開坡口，組對(duì)無(wú)間隙，大大減少了焊接應(yīng)力的不均勻性，也使管子在定位焊后基本失去徑向變形的自由空間，所以相對(duì)于傳統(tǒng)開坡口留間隙的焊接方法，該工藝大大減小了焊接變形。⑤應(yīng)用于自動(dòng)焊，工藝穩(wěn)定性強(qiáng)。（2）缺點(diǎn)①對(duì)焊接參數(shù)較為敏感。在生產(chǎn)實(shí)踐中，需要對(duì)每一種規(guī)格的管子都要進(jìn)行試驗(yàn)，然后將參數(shù)固化下來(lái)。②對(duì)組對(duì)質(zhì)量要求較高。管道組對(duì)錯(cuò)邊量≤10%壁厚，管子截面要不留間隙貼合。做到以上兩點(diǎn)，熟練焊工可達(dá)到98%以上的一次合格率。

7.結(jié)語(yǔ)

通過課題研究，成功開發(fā)了應(yīng)用于撬裝裝備管道自動(dòng)化預(yù)制的A—TIG焊接活性劑和自動(dòng)A—TIG焊接工藝。經(jīng)過試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐證明，只要操作方法得當(dāng)，完全實(shí)現(xiàn)了壁厚≤6mm管道的一次性焊透，所得焊接接頭外觀、無(wú)損、宏觀微觀金相和力學(xué)性能符合要求，解決了撬裝裝備制造行業(yè)對(duì)管道焊接變形要求高的問題。不但提高了焊接效率，而且降低了坡口加工及焊接材料成本。

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作者:蘆威浩 張曉寧 徐久立 單位:新地能源工程技術(shù)有限公司裝備集成分公司