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【摘要】將A-TIG焊接技術應用于撬裝設備管道的自動焊接，對低碳鋼和不銹鋼管A-TIG自動焊的焊接工藝進行試驗研究。試驗結果表明，自行開發的管道A-TIG焊接活性劑和自動A-TIG焊接工藝，實現了壁厚≤6mm管道的不開坡口一次性焊透，所得焊接接頭外觀、無損檢測、宏觀微觀金相和力學性能達到要求。該工藝已成功應用于撬裝管道焊接，取得了很好的效果。

關鍵詞：A-TIG自動焊；焊接熔深；焊接工藝；撬裝；焊接變形

1.概述

近些年來國內外撬裝裝備制造企業越來越多，由于撬裝裝備上管道長度較短，管道柔性相對較差，所以對預制精度和焊接變形提出了更高的要求。而A—TIG（ActivatingfluxTIG）焊接法對于較薄壁厚焊件不需要坡口和組對間隙就可一次熔透，大大減小了變形，滿足了撬裝設備管道預制的要求。為了提高焊接效率和工藝穩定性將A—TIG焊技術實現自動化，用于撬裝裝備制造行業管道預制生產。用自行研制的活性劑通過一系列試驗，終于獲得各項性能指標合格的焊接接頭，并成功應用于生產實踐。

2.設備和材料

經過試驗和大量生產實踐證明，壁厚≤6mm的碳鋼不銹鋼管均可使用A－TIG焊工藝進行焊接。本文以母材為20鋼和06Cr19Ni10，φ60mm×4.5mm、φ60mm×6.0mm、φ114mm×6.0mm三種規格的管子為例進行說明。A—TIG焊接后，焊縫正面會有凹陷，采用填絲自動TIG焊進行蓋面。所用碳鋼和不銹鋼活性劑均為自行研制，活性劑的成分主要由氧化物和鹵化物粉末組成。各組分為分析純粉末狀或顆粒狀，各組分的要求符合JB/T11084—2001不銹鋼和碳鋼A—TIG活性劑的要求。尤其是顆粒度要求固體顆粒直徑≤74mm。根據各組元對焊縫熔深的影響規律，調整各組元的百分含量，利用正交法得到了比較滿意的配方。A—TIG焊活性劑使用方法如下：步驟1：將固體粉末A—TIG焊活性劑按每10g的20~30mL的工業丙酮進行配比，均勻混合。步驟2：待焊工件表面去油、去污，并打磨出金屬光澤。步驟3：用干燥清潔的刷子沾取活性劑，均勻涂敷在待焊工件表面，以覆蓋金屬光澤為宜，涂層寬度約為10~20mm。步驟4：待丙酮揮發后，在30min內進行常規TIG焊。

3.焊接工藝

焊接工藝為自動A-TIG焊打底，自動TIG填絲蓋面，低碳鋼管采用I形坡口，無間隙組對焊接位置為管子水平轉動。保護氣流量為8~15L/min；電弧長度1~3mm。焊接環境溫度不低于-5℃，環境濕度不高于90%RH。提前送氣，滯后停氣，收弧可采用減少焊接電流或減慢焊速多加焊絲完成。自動A—TIG焊打底時不需焊槍、不需擺動，自動TIG填絲焊時擺動。在A—TIG焊接過程中，需要注意焊接參數不能從始至終保持不變。開始焊接時管件溫度低，往往開始有一小段不容易熔透，隨著焊接的進行，管件的溫度越來越高，如果保持焊接參數不變，很可能發生燒穿的危險。必須在施焊過程中不斷調節參數，適當減小電流或適當增大焊接速度。在試驗中發現，管子的厚度、直徑不同，要使管子完全熔透焊接參數也不盡相同，管子完全熔透所用參數如附表所示。A—TIG焊接完成后要打磨，采用常規自動TIG焊填絲蓋面，只需蓋一層即可填滿焊道。

4.熔深影響因素

根據試驗的結果，截取宏觀金相試樣，觀察熔透情況。圖1試件的壁厚、焊接參數完全相同，但圖1a試件施焊前焊縫處涂敷了活性劑，而圖1b試件則沒有，經比較發現，涂敷活性劑后焊縫的熔深明顯加深，熔寬明顯變窄。A—TIG焊縫的熔深還與焊接規范有關。圖2管件材質規格完全相同，并且焊前都涂敷了活性劑，但焊接規范不同，兩者焊接速度相同，圖2a試件施焊電流為150~160A，代表了較大焊接規范，圖2b試件施焊電流為110A-120A，代表了較小焊接規范。從圖中可以看出，圖2a比圖2b焊縫的熔深明顯加深，說明焊接規范越大熔深越深。

5.焊接接頭性能

（1）焊縫外觀及無損檢測φ60mm×4.5mm、φ60mm×6mm和φ114mm×6mm三種管子用A—TIG打底之后，焊縫部位向下凹陷，焊縫表面有一層薄薄的黑色渣皮。用焊絲蓋面之后焊縫光滑平整，紋路均勻。焊縫背面光滑平整，焊縫背面高度在0.5~1.8mm左右，焊縫正面高度在1.5~2.0mm。焊接變形量＜0.5mm，遠低于常規方法焊接，如圖3、圖4所示。焊接接頭的無損檢測按NB/T47013—2015進行焊縫等級評定，X射線透照質量等級AB級，焊接接頭經射線檢測后達到了I級標準。（2）力學性能按GB/T228進行拉伸試驗，按GB/T232進行彎曲試驗試件的力學性能達到母材標準要求，說明活性劑的使用不影響焊接接頭的力學性能。（3）宏觀微觀金相從宏觀金相上看焊縫熔合良好，沒有氣孔、裂紋、夾渣、未焊透及未熔合等缺陷。從放大200倍之后的焊縫、熱影響區的金相組織，可看出φ60mm×6mm的0Cr18Ni9管子A—TIG焊縫金屬和熱影響區組織為奧氏體+鐵素體+少許沉淀物，φ60mm×6mm的20鋼管子焊縫組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，熱影響區組織為鐵素體+珠光體，均沒有發現微裂紋及影響性能的有害沉淀物，如圖5~圖8所示。

6.與常規TIG焊相比的優缺點

（1）優點①不需要加工坡口。②焊縫截面積小，節省了焊材。③一次熔透6mm，提高了效率。④由于該工藝不需要開坡口，組對無間隙，大大減少了焊接應力的不均勻性，也使管子在定位焊后基本失去徑向變形的自由空間，所以相對于傳統開坡口留間隙的焊接方法，該工藝大大減小了焊接變形。⑤應用于自動焊，工藝穩定性強。（2）缺點①對焊接參數較為敏感。在生產實踐中，需要對每一種規格的管子都要進行試驗，然后將參數固化下來。②對組對質量要求較高。管道組對錯邊量≤10%壁厚，管子截面要不留間隙貼合。做到以上兩點，熟練焊工可達到98%以上的一次合格率。

7.結語

通過課題研究，成功開發了應用于撬裝裝備管道自動化預制的A—TIG焊接活性劑和自動A—TIG焊接工藝。經過試驗和生產圖520鋼φ60mm×6mm焊縫金屬微觀金相圖620鋼φ60mm×6mm熱影響區微觀金相圖706Cr19Ni10φ60mm×6mm焊縫金屬微觀金相圖806Cr19Ni10φ60mm×6mm熱影響區微觀金相實踐證明，只要操作方法得當，完全實現了壁厚≤6mm管道的一次性焊透，所得焊接接頭外觀、無損、宏觀微觀金相和力學性能符合要求，解決了撬裝裝備制造行業對管道焊接變形要求高的問題。不但提高了焊接效率，而且降低了坡口加工及焊接材料成本。

作者:蘆威浩 張曉寧 徐久立 單位:新地能源工程技術有限公司裝備集成分公司

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