2004-11-1616:35:23　　　作者：秦文渝　彭拥兵　　来源：中国水电七局安装分局

　　摘要：通过对全自动富氩气体保护焊工艺试验及其焊接设备的选型对比，加深了对全自动富氩气体保护焊焊接普通低合金钢及高强度钢时的工艺特点的了解，选择了最佳焊接电源及配套设备，并分析了其技术难点，提出了解决方案，确定了合理的焊接工艺参数，实现了各种工艺参数的相互匹配，为更好的指导生产提供了宝贵的经验。
关键词：全自动焊接；设备选型；技术难点；工艺试验

　　1、试验目的

　　龙滩水电站引水系统压力钢管为超大型压力钢管，钢管直径10m，材质为16MnR级和610Mpa级，板厚δ=18mm～52mm，设计要求钢管纵缝焊接采用全自动富氩焊技术，焊接质量要求一次合格率99.3，焊接质量要求高，为保证龙滩压力钢管焊接质量，我们通过焊接工艺试验，进一步了解富氩气体保护焊焊接普通低合金钢及高强度钢时的工艺特点和技术难点，通过选择最佳焊接电源及配套设备，确定合理的全自动焊接工艺参数。

　　2、试验装备及要求

　　2.1试验用焊接电源及配套设备

　　（1）焊接主电源

　　a．奥地利福尼斯TPS-4000电源，配VR-4000送丝机。
　　b．日本松下KG-500电源，配FD-201-100送丝机。
　　c．芬兰肯比PRO-4200电源，配PROMIG-530送丝机。

　　（2）行走小车

　　a．美国BUG-O自动行走小车，配BUG-MDS型摆动器(横摆)。
　　b．德国基斯达GR-28G自动行走小车，配GR-33摆动器(钟摆)。

　　（3）配比器及气体流量计

　　a．成都高科气体配比器及气体流量计。
b．美国(上海)捷锐气体配比器及气体流量计。

　　2.2试验用钢材

　　（1）武汉钢铁厂产普通低合金钢16MnRδ=12mm，δ=25mm，δ=36mm

　　（2）舞阳钢铁厂产高强度钢WDB-620δ=25mm

　　2.3试验用焊材

　　（1）实芯焊丝：

　　自贡大西洋CHW一50C6，Φ1.2
　　自贡大西洋CHW一60C，Φ1.2

　　（2）药芯焊丝：

　　韩国现代HWC8l—K2，Φ1.2

　　三种焊材化学成分、机械性能见附表4、5、6。

　　2.4焊接工况条件

　　(1)坡口型式：采用非对称“X”型坡口，如图：

　　(2)试件规格：-25(12，36)×400×1000mm

　　(3)预热温度及后热温度

　　16MnR钢板δ≥34mm的预热60～80℃，后热250℃；WDB620钢板预热100～110℃，后热250℃。

　　(4)焊接位置：立焊位

　　(5)气体配比：80Ar 20?气体流量：Ar16L/min，C024L/min

　　2.5焊前准备及要求

　　(1)参加试验的操作人员必须是压力容器全位置合格的优秀焊工。
　　
　　(2)设备选型的焊接试验必须是在同等条件下进行。

　　(3)试板拼装前将坡口面的氧化物、油污等杂物清理干净。

　　(4)对装间隙3～4mm，并在焊缝两端装引(收)弧板，引(收)弧板的坡口型式与焊缝坡口相同。

　　(5)定位焊在焊缝两端，长度100mm，焊厚6mm；板厚≥34mm时，定位焊时应预热80℃～110℃。

　　(6)焊前应将焊件固定在焊接平台上，并可靠加固，用钢丝轮将整个焊缝清理干净。

　　(7)远红外加热片固定在施焊面的背面，加热温度由温控箱和远红外测温枪配合分别测定。

　　(8)层间温度控制在200℃以下。

　　(9)焊接高强度钢时，线能量应严格控制在40KJ/cm以下。

　　(10）焊缝宽度控制在20mm以内，焊厚控制在8mm以内。

　　(11)背缝清根用碳弧气刨，并打磨掉渗碳层，检查无缺陷后，再进行背缝焊接。

　　(12)焊接操作人员必须对焊接全过程进行全程监控。

　　(13)焊缝的中间层在焊接前用钢丝轮清理焊缝表面的氧化物。整个焊缝完成后用钢丝轮清理焊缝表面。

　　2.6焊接检验

　　(1)外观检查

　　执行标准：DL5017—93，焊缝外观不允许有裂纹、夹渣、未焊满、未熔、气孔、焊瘤、飞溅等缺陷；咬边深度≤0.5mm，连续长度不大于lOOmm，累计咬边长度不大于焊缝全长的10；焊缝余高0～4mm，余高差0.5～1mm；增宽2～4mm，且平滑过渡，焊缝直线度1mm/m。

　　(2)无损检测

　　在焊接完成后24小时后进行。无损检测UT按GBll345—89标准评定，RT按GB3323—87标准评定。3、试验结果

　　3.1设备选型结果

　　通过对各种焊接电源和配套设备的多次试验，最后决定选用奥地利福尼斯TPS—4000电源、VR—4000送丝机和配套的自冷焊枪，选用美国(上海)捷锐气体配比器和气体流量计。自动焊接小车选用美国BUG-OMDS型全自动焊接小车系统。

　　3.1.1主机电源对比

　　芬兰肯比PRO—4200具有体积小，一元化程度较高，小电流就能的达到射流过渡，操作简单。但熔深不太理想，存在轻微飞溅，封底焊及背缝第一遍存在未熔现象，探伤合格率不理想。

　　日本松下KG—500电源体积庞大(属硅整流型)，不能进行一元化调节，规范调整复杂，操作困难，使用脉冲(超过射流过渡临界点)熔深较好，但飞溅大，焊缝成形不理想，探伤

　　奥地利福尼斯TPS—4000电源体积小，一元化程度高(完全数字式)，操作简单，内存专家程序可操作性强，可预设焊接参数，整个焊接过程由内存专家程序控制，飞溅小，焊缝外观成型质量好，探伤合格率较理想。

　　3.1.2行走机构对比

　　美国BUG—OMDS行走小车及相配套的摆动器(横摆)，采用模块化设计，操作简单，小车采用齿轮一齿条传动方式，

　　德国基斯达GR-28G小车及GR—33摆动器(钟摆)，体积小，操作方便，有中间停留，焊缝成型好。

　　3.1.3配比器对比

　　成都高科配比器，在使用过程中气体比例变化大，无法保证正常焊接。美国(上海)捷锐配比器，在使用过程中气体比例保持恒定，能保证正常焊接。

　　3.2工艺参数的确定

　　设备选型决定后，我们通过对不同板厚的焊接试验，最后确定出不同板厚工艺参数值，并分别完成了试板焊接、外观检查、无损探伤检查、试件机械性能试验等工作，不同板厚工艺参数值及熔敷顺序如下。

　　3.3富氩气体保护焊接主要控制要点

　　(1)全自动富氩气体保护焊工必须具有相当的电弧焊理论知识和手工焊基础，经专业培训考核取得相应的资质，并根据平时焊绩状况决定本人的工作范围。

　　(2)保证坡口角度和坡口直线度，一般应保证坡口角度不小于60°坡口直线度≤1mm/m。坡口角度大小决定了焊缝成形系数的大小(成形系数=熔宽/熔深)。如果坡口角度过小，焊枪与熔池之间的距离调整受限，焊枪与熔池之间的距离增加，使干伸长增加（这种情况在大厚板焊接时尤其明显)，不利于熔池的有效保护，同时使焊丝电阻率增大，熔深减小，电弧不稳定，坡口角度过大使熔敷量增加，热影响区增大使焊缝综合性能下降。因此不同的焊接方法有不同的成形系数要求，一般应为1.3-2之间，干伸长为7—15mm(短路过渡)或15—20mm(脉冲射流过渡)。坡口直线度直接影响到焊缝成形和全自动焊接的难易程度。所以保证坡口直线度是保证焊接质量的一个关键控制点。

　　(3)保证焊缝对装质量，坡口错牙应小于0.5mm，间隙3—4mm。

　　(4)保持正确的焊枪行走角，焊丝轴线相对于焊缝中心线的角度和位置会影响焊道的形状和熔深，焊丝轴线与焊缝中心线的夹角称为焊枪行走角，行走角度一般应为60°～80°。

　　当其它条件不变时，行走角增大，熔深减小，所以为获得较好的熔深，对于富氩气体保护焊，保持正确的焊枪行走角至关重要。

　　(5)采用脉冲焊接方式。TPS焊接电源有一个最大的优势，就是小电流使用脉冲方式焊接时也能达到射流过渡，具有轴向脉冲射流过渡的稳定电弧。有效的保证焊缝熔深，飞溅极少。因此在焊接过程中必须保证整个焊接过程保持脉冲焊接方式。

　　(6)保证气体纯度和气体比例：一般要C02气体纯度应不低于99.5，Ar纯度应不低于99.99，气体比例：20CO2 80Ar，焊接高强钢时氩气比例可适当提高。C02在使用前最好将C02瓶倒置2h以上，然后放掉水份再使用。

　　4、结束语

　　全自动气体保护焊接特点是焊接参数预调节，焊接过程中只做微调，运行方式是预选模式作机械运行，但由于坡口深度影响，使干伸长增加，因此在封底和背缝第一层极易产生未熔合、气孔等缺陷。解决措施是坡口加工时保证坡口角度、直线度，封底时适当提高电弧电感量(一般应达到1.8～2.0)，尽量减小干伸长，以保证焊接熔池气体保护。背缝清根时把焊缝根部刨削成圆弧状，尽量避免背缝根部形成尖角，焊接时适当提高焊接电流，延长两边停留时间，提高焊枪摆动频率。

　　通过对全自动富氩气体保护焊的工艺试验，达到了试验目的，解决了全自动富氩焊接施工中的一些技术难点，制订出了不同材质、不同板厚、不同焊材的焊接工艺规范，焊接工艺试验的顺利完成，为今后的生产提供了技术保证和可借鉴的经验。

　　全自动富氩焊对坡口型式、对装间隙、钝边等要求较高，在今后的生产实践中应根据现场焊接条件及特定的技术要求，进一步细化工艺，对规范参数进行适时调整，使其更具科学性和可行性，达到工艺参数之间的相互匹配。全自动富氩气体保护焊将在龙滩电站引水系统压力钢管制造生产中发挥重要作用。