A-TIG焊在核电管道全位置焊接中的应用

A-TIG焊在核电管道全位置焊接中的应用

A-TIG焊在核电管道全位置焊接中的应用

摘要：研究了活性焊接法在核电管道全位置焊接中的应用。在管道上涂敷活性剂后熔池的受力状况发生根本变化，完全不同于传统的氩弧焊接，熔池流体流动始终是从熔池边缘流向熔池中心，从而增加熔深、变窄熔宽。在分析涂敷活性剂时熔池受力变化的基础上制定了焊接规范，管道全位置焊接时分6段进行参教设置，每一段采用不同的焊接参数。对6mm厚的不锈钢管道焊接时不开坡口，将活性剂刷涂于待焊焊道表面，使用管道全位置焊机进行焊接，可以一次焊透，并能单面焊双面成型。突破了管道全位置焊机只能焊接薄壁管的局限性，进一步扩大了管道全位置焊机的使用范围。提高焊接效率。

0前言

在安装核电站发电机组管道时，采用传统焊接方法焊接的接头有15％一30％存在焊接缺陷，需要返修。即使采用全自动焊接技术，也难免会产生缺陷。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，焊接壁厚超过2mm的管道全位置接头时，传统焊接方法需要先开坡口，采用氩弧焊打底，然后熔化焊丝填充坡口。焊接这种接头时，由于焊缝成形条件不断变化，焊缝区易产生缺陷。近来，A—TIG焊接法在工业生产中得到了重要应用，使用兰州理工大学开发的A—TIG焊活性剂进行焊接，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12mm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，并能单面焊双面成型。本研究在分析管道全位置焊缝成形条件变化的基础上，将活性焊接法应用于不锈钢管道全位置焊接中，并研究其焊接工艺。

1实验方法

使用苏州工业园区华焊科技有限公司提供的全中文自动TIG焊机进行焊接。焊机为200K高精度逆变电源，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。低碳钢管直径为45mm，壁厚6mm，管子长度150mm。焊接前将管子对接端切齐，无间隙对中夹紧。焊接时取适量活性剂粉末置于烧杯中，加人丙酮将其调成糊状，用刷子均匀地刷涂到管子待焊焊缝中间，如图1所示，丙酮挥发后焊接。涂敷活性剂时需注意待点固焊点冷却后才可以涂敷，恬性剂可以在管子装夹前涂敷．也可以在管子装夹后涂敷，涂敷活性剂的管子不允许碰撞或者划擦，一旦活性剂脱落允许补刷，焊接时管子内部通氩气保护。

2活性剂作用下管道全位置焊缝的熔池受力分析

管道全位置焊接时在焊缝全部熔透的情况下，液态金属熔池主要受以下几种力的作用：

A-TIG焊在核电管道全位置焊接中的应用

电弧对熔池表面的压力Farc、熔池所受重力Gs、电磁力Fe、外表面张力σ1和内表面张力σ2。在固液界面上，工件对熔池的反作用力N，这个反作用力是电弧压力、大气压力和熔池自身的部分重力作用于固体工件上引起的。此外，熔池内温度的不均匀分布造成液态金属的密度发生变化，存在浮力Fb的作用。

管道焊接时，焊缝成形条件的不断变化是焊接接头出现缺陷的主要原因，主要体现于焊接过程中熔池受力状态的变化，如图2所示。

将管子位置按照钟表的刻度进行划分，在不同位置上液态金属熔池的受力情况如下：在涂敷活性剂的条件下，当焊枪处于时钟12点位置时，Farc、Fe与Gs的作用方向相同，根据A—TIG焊时熔池液态的流动方向，上表面张力的方向从熔池四周指向中心，将与以上诸力形成合力，冲击熔池底部，增加了焊缝的熔深，使得焊缝外表面出现凹陷，焊缝背面出现凸起。当焊枪处于时钟3点下坡焊位置时，Farc、Fe与Gs的方向夹角由0°变为90°，在垂直方向上Gs与管壁的反作用力N和Fb相平衡，焊缝成形主要受Farc、Fe以及熔池的表面张力σ1和σ2的共同作用，在活性剂作用下熔池上表面张力的方向依然从熔池四周指向中心。当焊枪处于时钟6点仰焊位置时，Farc、Fe与Gs的方向夹角由90°变为180°，在垂直方向上Gs与Farc、Fe方向相反，而管壁的反作用力N失去作用。熔深的增加主要是表面张力σ1和电弧力Farc、、电磁力Fe ，熔池所受的重力Gs方向向下,不利于增加熔深，但是在活性剂的作用下可以克服重力的影响，保持熔透。当熔池体积大时．重力作用明显，则焊缝外表面凸起，内表面凹陷。熔池的体积较大时会使熔化的液态金属与钨极相接处的焊接不能正常进行，所以在仰焊位置要控制好焊接电流的大小和焊接速度。当焊枪处于时钟9点上坡焊位置时．熔池所受的力的状态与下坡焊时3点位置相似。但与下坡焊不同的是，下坡焊时熔化的液态金属的流淌方向与电

极行走方向相同，而上坡焊时熔化的液态金属的流淌方向与电极行走方向相反。在管道全位置焊接时，上坡焊7点～9点位置易出现焊接质量问题，如焊瘤、未焊透、焊穿等，因为在上坡焊时，焊缝金属所受的合力向下，液态金属的流向也向下，使焊接时的液态金属不能很快凝固，造成焊接缺陷。

3焊接参数的确定

采用低碳钢试件，管直径45mm，壁厚6mm；采用直流正接；选用铈钨极，直径2.4mm，尖端角为60°；保护气为(Ar）99.9％，气流量为10-15 L/min；管内保护气体为纯氩气，流量1—2L/min；电弧长度为3mm。

根据以上熔池的受力情况，确定焊接参数，对管子进行分段，每一段采用不同的焊接

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参数。焊接规范如表1所示。

4实验结果

以上分析认为管道全位置焊接时7点位置最容易出现缺陷，故从7点位置起弧，沿顺时针方向焊接。焊缝外表面和内表面的焊缝成形情况如同3所示。

从图3可知，在12点位置时焊缝的外表面有轻微的凹陷，内表面成形良好、有焊缝余高；在3点位置焊缝的外表面平整，内表面光滑，成形良好；在6点位置焊缝的外表面的凸起，内表面焊缝但有凹陷，内凹量小干0.5mm，在9点位置焊缝的外表面略凸起，内表面成形良好。与常规TIG焊接比较焊缝的正面宽度明显变窄。

5结论

研究了管道全位置的活性焊接方法，分析了管子全位置焊接过程中熔池的受力状态，制定了相关焊接工艺。对于6mm厚的不锈钢管道不开坡口，使用活性剂后可以一次焊透，并且能单面焊接双面成型。活性焊接法在管道全位置焊接中的应用不仅扩大了活性剂的使用范围，而且突破了在不开坡口的情况下，管道全位置焊机只能焊接薄壁管的局限

性，焊接效率太幅度提升。