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厚壁304不銹鋼管A-TIG焊
發布時間:2021-04-23 09:29:37

在安裝管道時,采用傳統焊接方法焊接的接頭有15%-30%存在焊接缺陷,需要返修。即使采用全自動焊接技術,也難免有缺陷發生。如何改善管道全位置焊接工藝,保證獲得高質量的焊接接頭,一直是管道全位置焊接急需解決的問題。另外,在焊接壁厚超過2 mm的管道接頭時,傳統焊接方法需要先開坡口采用弧焊打底,然后熔化焊絲填充坡口。由于焊縫成形條件不斷變化,焊縫區易產生缺陷。近年來,A-TIG焊接法在工業生產中得到了重要應用。薩維茨基等人研究了管道接頭全位置活性焊接技術。蘭州理工大學開發的A-TIG焊活性劑,在相同焊接條件下焊縫熔深可達到傳統TIG焊熔深的2-3倍,對于壁厚12 mm以下的不銹鋼和碳鋼對接焊縫,可以不開坡口,一次焊接完成,并能單面焊雙面成形。本研究在分析管道焊接熱積累和熔池受力狀態的基礎上,將活性焊接法應用于不銹鋼管道平位置焊接中,并研究了焊接性。

1  試驗方法

    焊接材料為304不銹鋼管,規格45 mmx8 mm。焊接前將304不銹鋼管對接端切齊,無間隙對中、央緊、點。焊接時取適自行研制的不銹鋼活性劑粉末置于燒杯中,加入丙酮將其調成糊狀,采用刷子均勻地刷涂到304不銹鋼管待焊焊縫中間,活性劑一旦脫落允許補刷,焊接時304不銹鋼管內部通氬氣保護。將304不銹鋼管同定在HGT-3型精密焊接工作臺上,使其水平轉動。電焊機選用蘇州工業園區華焊科技有限公司提供的全中文自動TIG管焊機,該焊機具有數字化控制系統和優化分區系統,每個程序可劃分多達16個區間,具有分區間電流緩升、緩降過程控制功能。

2焊接參數

    試驗采用直流正接,鈰鎢極直徑2.4 mm.尖角盱,噴嘴直徑11mm,保護氣為純氳氣,純度99.99%,氣流量10-15 L/min;管內保護氣體是氬氣,純度99.99%.流量1-2 L/min;電弧長度1-3 mm

    奧氏體不銹鋼導熱系數、線膨脹系數與低碳鋼及低合金鋼差別較大,熔池流動性差,304不銹鋼管焊接時考慮到焊接熱積累和熔池受力狀態對焊縫成形的影響,焊接電流應逐漸降低。在工作臺上將304不銹鋼管夾緊,焊炬固定不動,方向與304不銹鋼管軸向垂直,并位于管子的2點鐘位置,管子沿逆時針方向勻速轉動。焊接參數如表1所示。

3焊接結果

    焊接結果如圖1所示。焊縫外表面平整,在焊縫中間有一道較淺的凹槽,與A-TIC焊接時熔池流動方式有關。A-TIG焊接時熔池中的液態金屬是從四周向內流動,中間的金屬向焊縫底部流動,形成凹槽,需要在焊縫的外表面添絲蓋面。焊縫內表面成形均勻,焊縫內部余高小于1.5 mm。如果焊置于12點位置,當304不銹鋼管轉動時,熔池重力的切向分量會大于熔池的表面張力,熔液態金屬向下流淌,使焊縫成形不良,易產生駝峰焊道。焊置于2點位置時,焊縫成形主要受電弧力、電磁力和表面張力的影響,重力與管璧對熔池的支持力相平衡,對焊縫成形影響不大,焊接參數容易調節,焊接工藝范圍較寬。

4焊接檢驗

4.1  X射線探傷檢驗

    根據GB/T 12605-90《鋼管環縫熔化焊對接接頭射線透照工藝和質分級》的相關規定,對焊縫進行檢驗。檢驗結果表明,焊縫無裂紋、未熔合、未焊透、氣孔等缺陷,質量級別達到I級。

4.2焊接接頭拉伸試驗

    試樣如圖2所示,焊接接頭拉仲試驗方法按GB2651-89有關規定執行。試樣尺寸170 mmx15 mmx8 mm。焊接接頭拉伸試樣數據如表2所示。

    由表2可見,304不銹鋼管的抗拉強度高于其標準要求的520 MPa。焊件均啟裂于304不銹鋼管的內表面焊縫熱影響區附近,這與304不銹鋼管焊接后焊接殘余應力分布有關。304不銹鋼管的外表面受到殘余壓應力,內表面受殘余拉應力。

拉伸時,304不銹鋼管外表面的殘余壓應力抵消了撾伸時的應力,304不銹鋼管內表面的殘余拉應力與拉應力相疊加,使內表面拉應力更大,加上焊接熱影響區的抗拉強度差,拉伸時首先從內表面的熱影響區出現裂紋。

4.3焊接接頭彎曲試驗

    焊接接頭的正彎試件如圖3所示,試樣尺寸200 mmx15 mmx8 mm。試驗結果表明,焊接接頭的外表面和內表面均沒有裂紋,彎曲角150°,證明焊件具有良好的彎曲性能,可承受單次較小彎曲半徑的彎曲變形而不發生開裂。

4.4  焊接接頭壓扁試驗

    壓扁試驗是304不銹鋼管在承受單向壓縮載荷時所表現出的一種力學性能,通過對管體的徑向壓縮,考核管材的徑向抗變形的能力,即延塑性和變形抗力。焊接接頭壓扃試樣如圖4所示。試樣的形狀和尺寸應符合GB2649中相關規定。下壓量均大于1/3管內徑,壓扁試驗后,未發現裂紋,表明焊接接頭具有良好的徑向變形能力。

5  結論

    使用不銹鋼活性劑對8 mm厚的304不銹鋼管進行平位置焊接工藝試驗,制定了最佳的焊接工藝參數。使用該方法焊件之間不留間隙,不開破口,可以一次焊透,并能單面焊雙面成形。使用活性劑后獲得優良接頭的主要原因是:活性劑改變了熔池金屬的表面張力梯度,使得熔池液態金屬流動方向發生變化,由從中心向邊緣流動變為由邊緣向中心流動,從而使得熔深增加熔寬變窄,形成較窄焊縫,再加上焊縫整體的熱輸入減小,焊道層數減少等,形成了優良的焊接接頭。突破了傳統管道焊接的焊接工藝,為管道焊接提供了一種高效率,低耗材,低成本的焊接方法。焊接性檢驗表明焊縫外表面平整,內表面成形均勻、焊縫內部余高小于1.5 mm,焊縫經X射線探傷檢驗、拉伸試驗、彎曲試驗、接頭壓扁試驗等檢驗均為合格。

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