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自动焊接工艺在撬装装备制造中的运用

发布时间:2017/5/15 17:36:40   阅读:

摘要:将A-TIG焊接技术应用于撬装设备管道的自动焊接,对低碳钢和不锈钢管A-TIG自动焊的焊接工艺进行试验研究。试验结果表明,自行开发的管道A-TIG焊接活性剂和自动A-TIG焊接工艺,实现了壁厚≤6mm管道的不开坡口一次性焊透,所得焊接接头外观、无损检测、宏观微观金相和力学性能达到要求。该工艺已成功应用于撬装管道焊接,取得了很好的效果。

关键词:A-TIG自动焊;焊接熔深;焊接工艺;撬装;焊接变形

1.概述

近些年来国内外撬装装备制造企业越来越多,由于撬装装备上管道长度较短,管道柔性相对较差,所以对预制精度和焊接变形提出了更高的要求。而A—TIG(ActivatingfluxTIG)焊接法对于较薄壁厚焊件不需要坡口和组对间隙就可一次熔透,大大减小了变形,满足了撬装设备管道预制的要求。为了提高焊接效率和工艺稳定性将A—TIG焊技术实现自动化,用于撬装装备制造行业管道预制生产。用自行研制的活性剂通过一系列试验,终于获得各项性能指标合格的焊接接头,并成功应用于生产实践。

2.设备和材料

经过试验和大量生产实践证明,壁厚≤6mm的碳钢不锈钢管均可使用A-TIG焊工艺进行焊接。本文以母材为20钢和06Cr19Ni10,φ60mm×4.5mm、φ60mm×6.0mm、φ114mm×6.0mm三种规格的管子为例进行说明。A—TIG焊接后,焊缝正面会有凹陷,采用填丝自动TIG焊进行盖面。所用碳钢和不锈钢活性剂均为自行研制,活性剂的成分主要由氧化物和卤化物粉末组成。各组分为分析纯粉末状或颗粒状,各组分的要求符合JB/T11084—2001不锈钢和碳钢A—TIG活性剂的要求。尤其是颗粒度要求固体颗粒直径≤74mm。根据各组元对焊缝熔深的影响规律,调整各组元的百分含量,利用正交法得到了比较满意的配方。A—TIG焊活性剂使用方法如下:步骤1:将固体粉末A—TIG焊活性剂按每10g的20~30mL的工业丙酮进行配比,均匀混合。步骤2:待焊工件表面去油、去污,并打磨出金属光泽。步骤3:用干燥清洁的刷子沾取活性剂,均匀涂敷在待焊工件表面,以覆盖金属光泽为宜,涂层宽度约为10~20mm。步骤4:待丙酮挥发后,在30min内进行常规TIG焊。

3.焊接工艺

焊接工艺为自动A-TIG焊打底,自动TIG填丝盖面,低碳钢管采用I形坡口,无间隙组对焊接位置为管子水平转动。保护气流量为8~15L/min;电弧长度1~3mm。焊接环境温度不低于-5℃,环境湿度不高于90%RH。提前送气,滞后停气,收弧可采用减少焊接电流或减慢焊速多加焊丝完成。自动A—TIG焊打底时不需焊枪、不需摆动,自动TIG填丝焊时摆动。在A—TIG焊接过程中,需要注意焊接参数不能从始至终保持不变。开始焊接时管件温度低,往往开始有一小段不容易熔透,随着焊接的进行,管件的温度越来越高,如果保持焊接参数不变,很可能发生烧穿的危险。必须在施焊过程中不断调节参数,适当减小电流或适当增大焊接速度。在试验中发现,管子的厚度、直径不同,要使管子完全熔透焊接参数也不尽相同,管子完全熔透所用参数如附表所示。A—TIG焊接完成后要打磨,采用常规自动TIG焊填丝盖面,只需盖一层即可填满焊道。

4.熔深影响因素

根据试验的结果,截取宏观金相试样,观察熔透情况。图1试件的壁厚、焊接参数完全相同,但图1a试件施焊前焊缝处涂敷了活性剂,而图1b试件则没有,经比较发现,涂敷活性剂后焊缝的熔深明显加深,熔宽明显变窄。A—TIG焊缝的熔深还与焊接规范有关。图2管件材质规格完全相同,并且焊前都涂敷了活性剂,但焊接规范不同,两者焊接速度相同,图2a试件施焊电流为150~160A,代表了较大焊接规范,图2b试件施焊电流为110A-120A,代表了较小焊接规范。从图中可以看出,图2a比图2b焊缝的熔深明显加深,说明焊接规范越大熔深越深。

5.焊接接头性能

(1)焊缝外观及无损检测φ60mm×4.5mm、φ60mm×6mm和φ114mm×6mm三种管子用A—TIG打底之后,焊缝部位向下凹陷,焊缝表面有一层薄薄的黑色渣皮。用焊丝盖面之后焊缝光滑平整,纹路均匀。焊缝背面光滑平整,焊缝背面高度在0.5~1.8mm左右,焊缝正面高度在1.5~2.0mm。焊接变形量<0.5mm,远低于常规方法焊接,如图3、图4所示。焊接接头的无损检测按NB/T47013—2015进行焊缝等级评定,X射线透照质量等级AB级,焊接接头经射线检测后达到了I级标准。(2)力学性能按GB/T228进行拉伸试验,按GB/T232进行弯曲试验试件的力学性能达到母材标准要求,说明活性剂的使用不影响焊接接头的力学性能。(3)宏观微观金相从宏观金相上看焊缝熔合良好,没有气孔、裂纹、夹渣、未焊透及未熔合等缺陷。从放大200倍之后的焊缝、热影响区的金相组织,可看出φ60mm×6mm的0Cr18Ni9管子A—TIG焊缝金属和热影响区组织为奥氏体+铁素体+少许沉淀物,φ60mm×6mm的20钢管子焊缝组织为铁素体+珠光体+贝氏体,热影响区组织为铁素体+珠光体,均没有发现微裂纹及影响性能的有害沉淀物,如图5~图8所示。

6.与常规TIG焊相比的优缺点① 

(1)优点需要加工坡口。②焊缝截面积小,节省了焊材。③一次熔透6mm,提高了效率。④由于该工艺不需要开坡口,组对无间隙,大大减少了焊接应力的不均匀性,也使管子在定位焊后基本失去径向变形的自由空间,所以相对于传统开坡口留间隙的焊接方法,该工艺大大减小了焊接变形。⑤应用于自动焊,工艺稳定性强。(2)缺点①对焊接参数较为敏感。在生产实践中,需要对每一种规格的管子都要进行试验,然后将参数固化下来。②对组对质量要求较高。管道组对错边量≤10%壁厚,管子截面要不留间隙贴合。做到以上两点,熟练焊工可达到98%以上的一次合格率。

7.结语

通过课题研究,成功开发了应用于撬装装备管道自动化预制的A—TIG焊接活性剂和自动A—TIG焊接工艺。经过试验和生产实践证明,只要操作方法得当,完全实现了壁厚≤6mm管道的一次性焊透,所得焊接接头外观、无损、宏观微观金相和力学性能符合要求,解决了撬装装备制造行业对管道焊接变形要求高的问题。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。

参考文献:

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[3]刘红斌,陈少斌,向彦君.带活性剂的氩弧焊接(A—TIG)技术工艺研究[J].火箭推进,2005,31(6):35-41.

[4]樊丁,等.低碳钢A—TIG焊接法的试验研究[J].甘肃工业大学学报.2000,26(3):16-21.

[5]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册[M].北京:机械工业出版社,2008

作者:芦威浩 张晓宁 徐久立 单位:新地能源工程技术有限公司装备集成分公司

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