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厚壁304不锈钢管A-TIG焊
发布时间:2021-04-23 09:29:37

在安装管道时,采用传统焊接方法焊接的接头有15%-30%存在焊接缺陷,需要返修。即使采用全自动焊接技术,也难免有缺陷发生。如何改善管道全位置焊接工艺,保证获得高质量的焊接接头,一直是管道全位置焊接急需解决的问题。另外,在焊接壁厚超过2 mm的管道接头时,传统焊接方法需要先开坡口采用弧焊打底,然后熔化焊丝填充坡口。由于焊缝成形条件不断变化,焊缝区易产生缺陷。近年来,A-TIG焊接法在工业生产中得到了重要应用。萨维茨基等人研究了管道接头全位置活性焊接技术。兰州理工大学开发的A-TIG焊活性剂,在相同焊接条件下焊缝熔深可达到传统TIG焊熔深的2-3倍,对于壁厚12 mm以下的不锈钢和碳钢对接焊缝,可以不开坡口,一次焊接完成,并能单面焊双面成形。本研究在分析管道焊接热积累和熔池受力状态的基础上,将活性焊接法应用于不锈钢管道平位置焊接中,并研究了焊接性。

1  试验方法

    焊接材料为304不锈钢管,规格45 mmx8 mm。焊接前将304不锈钢管对接端切齐,无间隙对中、央紧、点。焊接时取适自行研制的不锈钢活性剂粉末置于烧杯中,加入丙酮将其调成糊状,采用刷子均匀地刷涂到304不锈钢管待焊焊缝中间,活性剂一旦脱落允许补刷,焊接时304不锈钢管内部通氩气保护。将304不锈钢管同定在HGT-3型精密焊接工作台上,使其水平转动。电焊机选用苏州工业园区华焊科技有限公司提供的全中文自动TIG管焊机,该焊机具有数字化控制系统和优化分区系统,每个程序可划分多达16个区间,具有分区间电流缓升、缓降过程控制功能。

2焊接参数

    试验采用直流正接,铈钨极直径2.4 mm.尖角盱,喷嘴直径11mm,保护气为纯氲气,纯度99.99%,气流量10-15 L/min;管内保护气体是氩气,纯度99.99%.流量1-2 L/min;电弧长度1-3 mm

    奥氏体不锈钢导热系数、线膨胀系数与低碳钢及低合金钢差别较大,熔池流动性差,304不锈钢管焊接时考虑到焊接热积累和熔池受力状态对焊缝成形的影响,焊接电流应逐渐降低。在工作台上将304不锈钢管夹紧,焊炬固定不动,方向与304不锈钢管轴向垂直,并位于管子的2点钟位置,管子沿逆时针方向匀速转动。焊接参数如表1所示。

3焊接结果

    焊接结果如图1所示。焊缝外表面平整,在焊缝中间有一道较浅的凹槽,与A-TIC焊接时熔池流动方式有关。A-TIG焊接时熔池中的液态金属是从四周向内流动,中间的金属向焊缝底部流动,形成凹槽,需要在焊缝的外表面添丝盖面。焊缝内表面成形均匀,焊缝内部余高小于1.5 mm。如果焊置于12点位置,当304不锈钢管转动时,熔池重力的切向分量会大于熔池的表面张力,熔液态金属向下流淌,使焊缝成形不良,易产生驼峰焊道。焊置于2点位置时,焊缝成形主要受电弧力、电磁力和表面张力的影响,重力与管璧对熔池的支持力相平衡,对焊缝成形影响不大,焊接参数容易调节,焊接工艺范围较宽。

4焊接检验

4.1  X射线探伤检验

    根据GB/T 12605-90《钢管环缝熔化焊对接接头射线透照工艺和质分级》的相关规定,对焊缝进行检验。检验结果表明,焊缝无裂纹、未熔合、未焊透、气孔等缺陷,质量级别达到I级。

4.2焊接接头拉伸试验

    试样如图2所示,焊接接头拉仲试验方法按GB2651-89有关规定执行。试样尺寸170 mmx15 mmx8 mm。焊接接头拉伸试样数据如表2所示。

    由表2可见,304不锈钢管的抗拉强度高于其标准要求的520 MPa。焊件均启裂于304不锈钢管的内表面焊缝热影响区附近,这与304不锈钢管焊接后焊接残余应力分布有关。304不锈钢管的外表面受到残余压应力,内表面受残余拉应力。

拉伸时,304不锈钢管外表面的残余压应力抵消了挝伸时的应力,304不锈钢管内表面的残余拉应力与拉应力相叠加,使内表面拉应力更大,加上焊接热影响区的抗拉强度差,拉伸时首先从内表面的热影响区出现裂纹。

4.3焊接接头弯曲试验

    焊接接头的正弯试件如图3所示,试样尺寸200 mmx15 mmx8 mm。试验结果表明,焊接接头的外表面和内表面均没有裂纹,弯曲角150°,证明焊件具有良好的弯曲性能,可承受单次较小弯曲半径的弯曲变形而不发生开裂。

4.4  焊接接头压扁试验

    压扁试验是304不锈钢管在承受单向压缩载荷时所表现出的一种力学性能,通过对管体的径向压缩,考核管材的径向抗变形的能力,即延塑性和变形抗力。焊接接头压扃试样如图4所示。试样的形状和尺寸应符合GB2649中相关规定。下压量均大于1/3管内径,压扁试验后,未发现裂纹,表明焊接接头具有良好的径向变形能力。

5  结论

    使用不锈钢活性剂对8 mm厚的304不锈钢管进行平位置焊接工艺试验,制定了最佳的焊接工艺参数。使用该方法焊件之间不留间隙,不开破口,可以一次焊透,并能单面焊双面成形。使用活性剂后获得优良接头的主要原因是:活性剂改变了熔池金属的表面张力梯度,使得熔池液态金属流动方向发生变化,由从中心向边缘流动变为由边缘向中心流动,从而使得熔深增加熔宽变窄,形成较窄焊缝,再加上焊缝整体的热输入减小,焊道层数减少等,形成了优良的焊接接头。突破了传统管道焊接的焊接工艺,为管道焊接提供了一种高效率,低耗材,低成本的焊接方法。焊接性检验表明焊缝外表面平整,内表面成形均匀、焊缝内部余高小于1.5 mm,焊缝经X射线探伤检验、拉伸试验、弯曲试验、接头压扁试验等检验均为合格。

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