大口径厚壁钢管全位置窄间隙热丝tig焊技术

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1、大口径厚壁钢管全位置窄间隙热丝TIG焊技术　　摘要：针对钢管环缝全位置焊接的特点，分析了厚壁大口径钢管环缝焊接的工艺难点，讨论了首层焊接时熔池金属的受力状态。采用专用全位置窄间隙热丝TIG焊接设备，利用钨极运动和分区段工艺参数的设定，克服了厚壁大口径管全位置焊的难点，获得了无缺陷的优良全位置焊接接头。　　关键词：大口径管；全位置；窄间隙；热丝TIG焊　　中图分类号：TG444+.74　　Abstract：Accordingtothepeculiarityofallpositionwelding，thedifficultiesincircularseamwe

2、ldingoflargediameterheavywallsteelpipewereanalyzed.Theforceonweldpooloffirstlayerwasdiscussed.WeldjointwithoutdefectsweregainedbyuseingspecialallpositionnarrowgaphotwireTIGweldingequipment，whichconqueredthedifficultiesbyemployingthemovementoftungstenelectrodeandsettingprocessingpa

3、rameters.　　Keywords：largediameterpipe；allposition；narrowgap；hotwireTIGwelding　　0前言　　由于15CrMoG、12Cr1MoVG、SA-335P91等低合金钢大口径管具有优良的高温使用性能，被广泛应用于火力发电站锅炉的高温压力结构中[1-3]，如锅炉集箱筒体、主蒸汽管道、再热蒸汽管道等重要部件。在这些部件的制造与安装过程中，会产生大量的环形对接焊缝，以满足电站锅炉产品的结构要求。对于这些部件在锅炉制造厂内的直管拼接，一般可采用焊接滚轮架配合，在平焊位置实现焊接。然而对于弯管的环缝

4、，或者直管现场安装时的环缝，焊接时工件无法转动而不能实现平焊，因此有大量的环缝是在全位置进行焊接。目前对于这些环缝的全位置焊接采用的主要是手工钨极氩弧焊打底，焊条电弧焊填充并盖面焊的工艺方法[4，5]。这种焊接生产方式效率低，工人劳动强度高，焊缝质量受焊工操作水平影响大，焊接材料消耗量大。大口径管全位置窄间隙热丝TIG焊接技术正是为改变这种落后的生产方式而开发出来的一种新技术。　　1焊接结构分析　　对于位置固定的大口径管环缝，在同一条焊缝焊接过程中会同时存在平焊、立焊和仰焊等位置的焊接操作，而且同时存在立向下焊和立向上焊情况（图1）。由于重力的作用，焊接过

5、程中熔池形态随着焊接位置的变化会产生较大的变化，这种重力的作用将直接影响着焊缝的最终成形与内在品质。因此在焊接过程中需在不同的位置采用不同的工艺参数，以保证在整个圆周方向上均获得优良的焊缝。　　1.1首层焊接要求　　由于空间小而无法在大口径管内部进行焊接操作，为了保证环缝的全焊透，在外部进行环缝的首?雍附邮保?要求实现单面焊双面成形。而这种单面焊双面成形为无背面衬垫的自由成形，焊接时主要依靠液态金属的表面张力来实现，使之在自由状态实现焊缝的背面成形。这种自由成形的难度在于对熔池温度、体积及电弧停留时间的要求较高，否则极易产生烧穿或未焊透缺陷，对于全位置焊则

6、更加难以控制。图2为首层焊接时熔池金属的受力情况示意图（仅示出平焊和仰焊位置）。　　2a的熔池金属受力可以表示为：σ=F+G，其中σ为熔池金属的表面张力在竖直方向的分量，F为电弧对熔池的作用力，G为熔池金属所受的重力。当熔池尺寸增加时，表面张力增加，同时熔池体积增加，而且这种熔池体积增加带来的重力增量远大于表面张力增量，当熔池体积增加到表面张力小于电弧作用力与熔池重力之和时，熔池将会下沉，导致焊缝背面余高过大或熔池金属突然坠落产生焊穿现象。图2b可表示为：F=σ+G，当熔池尺寸增加时，表面张力和熔池体积均增加，若电弧对熔池的作用力小于表面张力与熔池重力的和

7、，则熔池中液态会出现下沉，焊缝背面出现凹坑、咬边等缺陷或熔池流淌散落损坏钨极。　　全位置焊接时，在整个圆周方向重力、表面张力、电弧力对熔池的作用是连续变化的，而且这些力均与焊接参数有关，当焊接电流、电压发生变化时，这些力的大小会随之变化。因此焊接过程中需根据熔池所在位置的不同设定不同的焊接参数，既要保证焊缝根部全焊透，又要保证熔池的稳定和焊缝的成形。　　1.2窄间隙坡口　　对于厚壁管，特别是壁厚大于30mm的大口径管，为了减少焊缝金属的填充量，提高生产效率、降低生产成本，需要加工窄间隙焊接坡口，焊接时每层只需焊接一道。这种窄间隙焊接坡口宽度一般为10～15

8、mm，坡口面角度一般为0.5°～2.0°，随着坡口的填充焊接，坡口