全位置热丝TIG焊窄间隙焊接设备和工艺浅评

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    近年来我国加大了对电力设施的投入，电力行业发展迅速，全国电力建设部门面临着大量的电站建设和安装任务。与之不配套的是，目前国内所采用的焊接工艺均为手工焊和半自动焊。对于多数锅炉主蒸汽管道、高压旁路管道而言，往往一个厚壁大管件的对接缝需要数位焊工，连续数日的施焊才能完成。由于手工焊受到诸多人为因素和工作环境的影响，通常一个厚壁管件接头要分多次焊，每焊约20mm后必须要进行一次检测，发现缺陷要进行清除、补焊。不仅焊工劳动强度大，更重要的是焊缝质量难以保证。
    为了减少手工焊工艺给大管件对接工程带来的不良影响，进一步提高安装工程效率和质量，河南电力安装公司从法国普利苏迪公司引进全位置热丝TIG焊设备，并对被焊工件进行一系列的工艺试验，经过数月的努力，基本摸索出一套较完整的工艺参数，为该套设备用于现场安装作好了前期准备，现就有关情况作粗略介绍。
    1　全位置热丝TIG焊基本原理
    全位置热丝TIG焊是采用TIG焊工艺完成圆周焊缝的焊接，在这种焊接过程中，其焊接的空间位置不断变化，有平焊、下坡焊、上坡焊和仰焊。熔池液态金属在不同的空间位置所受力不同而引起流动性不同，使焊缝成型变化显著。于是，要保持焊接过程中熔池稳定、焊缝成形一致，必须使熔池的自重与电弧吹力和液态熔池的表面张力达到平衡。
    在全位置TIG焊接工艺的基础上增加热丝系统，即通过独立的焊丝加热电源和加热装置对焊丝进行加热，使焊丝在被送入熔池前加热到300～500℃。这样，比采用冷丝的熔敷率增大两倍，从而提高了焊接效率。
    2　引进设备的技术特点
    2.1　全位置管焊电源AUTOTIG 600PC DC
    AUTOTIG 600PC便携式计算机编程控制电源是目前世界上功能较全的一种逆变型管焊电源，它采用先进模块设计，具有弧长自动控制、枪头横摆、实时监控等功能，可选用冷丝、热丝以及等离子焊接工艺。该电源采用了峰值脉冲的前缘叠加快速脉冲的技术，提高热输入效率，减小热影响区，增大了熔深，充分地改善了焊接熔池的结晶条件，获得更高质量的焊缝。
    2.2　全位置焊接小车POLYCAR
    该焊接小车具有设计紧凑，装卸快捷方便，功能全等特点。机头上配有脉冲发生器，控制器利用脉冲信号来控制焊枪的真实位置与其相匹配区间参数的同步；自带送丝机，实现各种焊丝直径的填丝焊接，送丝速度为360～7800mm／min，电机驱动的X—Y轴方向的滑动机构实现焊枪的弧长自控和预设钨极到工件表面的距离，同时实现了焊枪的横向摆动。整个机头的旋转径向空间要求为300mm，适应了现场安装施焊。
    3　全位置窄间隙焊接的应用及试验
    3.1　窄间隙坡口设计
    在全位置窄间隙焊接工艺应用中，窄间隙坡口设计至关重要。它最大程度地体现了这种工艺的优越性和科学性。常规的自动TIG焊枪一般只能焊接管壁为35mm的工件，而采用窄间隙工艺，坡口角度在1°～6°之间，见表1(具体参数要根据被焊管的壁厚和材质热收缩率，按照坡口设计经验曲线进行计算)。配上专用窄间隙焊枪，可焊管壁厚130mm。河南电力安装公司对壁厚在40～90mm的碳钢管进行试验表明，窄间隙坡口的角度在1.5°～4°范围内较为适宜。
    3.2　焊接工艺试验研究
    工件材料：牌号10CrMo910，外径420mm，壁厚70mm。
    焊丝牌号：TIG—R40(电力标准)，直径0.8mm。
    预热温度：120～180℃，层间温度：120～160℃。
    焊后保温温度：230～280℃，焊后保温时间：12h。
    总的焊接时间：8h，共计焊道数：34层。
    从以上试验结果得出，采用计算机精确控制焊接参数。应用快速脉冲电流，较易获得良好的焊缝形状。根部焊缝和盖面焊道的成形可按要求进行控制。
    对焊缝外观质量检查表明，焊缝外形均匀美观，无表面气孔、夹渣、咬边、裂纹等缺陷。焊缝内部质量经X射线探伤检查无夹渣、无未熔合、无未焊透和裂纹等缺陷，气孔也未超标，评片合格，完全符合工艺标准。
    4　结　论
    通过在高温高压厚壁管件对接焊的工艺试验和应用，全位置自动钨极氩弧焊设备可归纳出如下优缺点：
    (1)优点
    设备功能全、操作方便、焊接效率高、焊缝质量好，与手工焊相比，其坡口金属填充量减少约2／3，施焊时间缩短三分之二，改善了焊工工作条件，避免了人为因素对焊缝的影响。
    (2)缺点
    对坡口的设计和加工的要求更高；对被焊管件的定位装卡要求更精确；设备的适用范围受到一定条件的限制。