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时间:2018-10-24
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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
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