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1、自动热丝TIG焊工艺简介周矿先徐绪炯吴青松(中外合资华恒电气工业有限公司200233)摘要在对厚壁钢管的焊接中采用热丝氩弧焊工艺和窄间隙焊工艺相结合的焊接方法,通过低频脉冲维持熔池;高频脉冲控制热输入;实现了对熔池大小、弧的挺度以及边熔的控制。结果证明,这一组合式焊接工艺减少了焊缝体积,缩短了焊接时间,焊接质量优于冷丝焊,效率明显提高。主题词焊接管厚壁钢管TIG焊工艺国家对电力和石化工业的厚壁管焊接有一定的规范要求,实施厚壁管焊接的单位在满足这个要求的同时,还要争取更高的焊接效率,这样摆在全位置管子焊接机制造厂
2、面前的任务是,制造出的管焊设备要能够最经济地完成这些严格要求的焊接。全位置管焊设备,采用钨极氩弧焊工艺,长期以来,均取得了优质的焊接效果,但与其它手工和半自动焊接工艺一样,熔敷率方面还没达到最经济的状态,最近几年,国外研制出了窄间隙焊工艺,从而减少了焊缝体积,缩短了焊接时间,最近我司的合作伙伴法国普利苏迪和美国AstroArc公司(全位置管焊机制造公司)把热丝氩弧焊工艺和窄间隙焊工艺相结合,解决了厚壁管子的焊接,如图1所示。使用结果表明这一组合式工艺是厚壁管对接的最佳图1热丝氩弧焊工作图第20卷第5期周矿先等:
3、自动热丝TIG焊工艺简介·45·方法。及导环组成的一个整体。它可以很方便地放置于直径大于168mm的厚壁管上。利用一种加热快速脉冲的技术,改善对熔池的控制,弧的挺度以及边熔。这种技术使两种脉冲叠加在一起:(1)低频脉冲维持熔池,高频脉冲控制热输入;(2)频率500～10000Hz的快速脉冲,高低脉冲的切换很快,熔池大小不会出现变化,在热脉冲上叠加快速脉冲。热快脉冲叠加技术如图3所示。焊丝在被焊管子各部位的加热和送丝速度都是非常棘手的焊接参数。钨极相对于工件的角度,焊丝进入熔池的角度也都是很难把握的变量。所以设备
4、的可调范围不仅要宽,而且各参数的重现性要非常之好。1热丝工艺热丝氩弧焊是氩弧焊工艺的一种,它的优点是在焊接质量上优于冷丝氩弧焊,而其熔敷率却增加了3～7倍,“热丝”这一术语是指填充金属丝在被送入熔池之前,通过电加热使之达到一定温度,也就是对焊丝进行预热。对填充金属丝通电,使之产生加热效果,改善了熔敷率。这是因为预热后的焊丝不再象冷丝那样从电弧中吸收大量的热能,所以实现了更高的熔敷率,从而达到更快的焊接速度。热丝氩弧焊工艺的原理如图2所示。3热丝与冷丝氩弧焊热丝氩弧焊是由冷丝氩弧焊变化而来的,它们有很多共同点。它
5、与其它任何全位置焊工艺一样,由于熔池金属的重力,表面张力和电弧吹力之间的变化关系在整个360°内都在发生变化,所以需要变换各种参数。在这一方面热丝与冷丝氩弧焊没有差别,只是热丝焊工艺具有较高的熔敷率。虽然热丝工艺要求较高的平均焊接电流,但热丝焊是熔化预热后的填充金属,因而焊接效率提高,总的线能量输入减少了,这有利于限制焊接变形。从宏观剖面图4上可以看到热丝焊件的热影响区缩小,在试验过程中进行的金相检查表明其晶粒明显细化。脉冲电流值,就其峰值和基值而言,均是冷丝的两倍。例如,5kHz快速脉冲有它本身的峰值和基值,
6、其峰值比热脉冲的峰值高50A,其基值比热脉冲的基值低50A,因而电流是冷丝氩弧焊的两倍。当直径为0.8mm的焊丝预热到约300℃时,送丝速度从冷丝焊的1.27m/min图2典型热丝钨极氩弧焊示意图2焊接参数全位置热丝氩弧焊要求能够精确控制焊接参数如电流、电压、运行速度、送丝速度和焊丝加热。所有这些参数都会随着机头绕被焊管旋转位置变化而改变。于是,有必要采用微处理机或电脑来控制。为使热输入集中到窄间隙坡口焊缝中去而不让电弧扩散,要求电弧成柱型而且有挺度。本文介绍的实例,使用的是一台晶体管电源,配上一台微机进行控制
7、,来获得这种电弧吹力。全位置焊接机头是由焊枪、送丝机、载架提高到5.08m/min,运行或旋转速度从冷丝的50.8mm/min增大到177.8mm/min。用·46·焊管·1997年9月图3利用快速脉冲技术控制熔池和边熔示意图图4热丝全位置管子GTA焊缝宏观剖图于全位置焊接的热丝氩弧焊的总熔敷率是冷丝的两倍以上。4热丝氩弧焊的应用该工艺主要应用于近海石油平台和电站第20卷第5期周矿先等:自动热丝TIG焊工艺简介·47·管道的建造中厚壁管的对接,在过去的两年中已有17套热丝全位置焊接系统交付使用,它们在各自的岗位
8、为人们担负着高效的工作。当使用单位发现这种焊接工艺有这么好的效果之后,都感到装备这种焊接设备是一项回报率极高的投资。这种热丝焊接工艺在实践中得到了证实,它们在各自的焊接工程中对焊前准备完善的工件进行焊接,发挥了最佳效益。我们利用这一工艺对152.4mm的管子进行施焊,同时也用冷丝焊工艺进行施焊。通过对这两种工艺施焊的结果进行比较可知,冷丝焊工艺需要1小时4分钟,而使用热丝焊工艺按图5所
