325熱絲TIG焊機調試及焊接工藝試驗研究

摘 要：本文概述了國內第一臺管道熱絲TIG對接焊機的調試過程及對焊接工藝試驗的研究，并著重論述了鍋爐產品中管道機械化對接焊的特點和要素，指出了中型規格管道采用熱絲TIG焊接工藝取代全手工焊生產的可行性。

關鍵詞：國內第一臺；管道熱絲TIG對接焊機；機械化對接焊

中圖分類號：TG44 文獻標識碼：A

鍋爐管道規格繁多，采用自動機械化焊接生產是業內人士竭力追求的。為填補這項國內空白，我公司特采購北京中電華強焊接工程技術有限公司外徑最大可焊Φ325mm管道的熱絲TIG對接焊機（國內第一臺）。由此產生許多新技術問題，探索其設備性能和工藝性必須進行大量試驗分析研究工作。

1 系統簡介

設備名稱：管子對接自動熱絲TIG焊機；管子直徑：Φ89—325mm；管子壁厚：6—36mm；長度：焊前12m，焊后16m；材質：碳鋼、不銹鋼及異種鋼、耐熱合金鋼。此控制系統由觸摸屏、PLC、數/模轉換模塊、模數轉換和交流伺服系統等組成。能實現人機對話，設定、顯示焊接程序、參數、運動狀態以及控制焊接過程的弧長（AVC）及焊槍擺動等動作。

2 系統要求

（1）坡口角度要求在32.5—35°之間，公差在±1.5°，更重要的是接頭兩側坡口角度力求有同一性。若坡口根部角度過小，焊接過程中電弧與管壁坡口之間的距離越近，管壁吸收的熱量也就越多，受電弧熔深限制，電弧熱量很難集中到焊縫根部，導致打底易產生未焊透。

（2）管子加工不留鈍邊為宜，按圖或按標準內鏜必不可少。對接焊口兩側管材的內鏜尺寸必須一致，對口定位時力求無錯邊。

（3）端面垂直度要求保證在±0.2mm只內，即管端坡口加工不允許存在螺旋面。要求對位后管子之間不應留有間隙。

3 工藝試驗

3.1試驗過程

此設備為國內第一臺大口徑厚壁管熱絲TIG焊機，雖與φ76mm小口徑管子熱絲TIG焊機操作原理基本相同，但對于大口徑厚壁管來說，焊接時間長，散熱速度快，并且焊接電流和各種參數都有很大幅度提升，所以無論是對焊機的機械性能和電氣性能都是很大的考驗。目前焊機的調試結果主要是針對Φ133×12mm/SA-106B/C、Φ159×18mm/SA-106C規格的管子。具體調試過程如下：

3.1.1 試樣和焊材的材質及規格

此次采用的試樣材料SA-106B/C，碳鋼材質，規格為Φ133mm×12mm、Φ159×16mm、Φ159×18mm。焊絲為TG-S50，焊絲直徑為Φ1.0mm，鎢極直徑為Φ4.0mm，焊槍噴嘴直徑Φ16，鎢極伸出長度約為1-2倍的鎢極直徑。

3.1.2焊接過程比較

由于Φ133mm×12mm管徑和壁厚較小，焊接時間短，所以調試過程比較順利，焊接效果良好。而在Φ159×16mm、Φ159×18mm調試過程中首先遇到的是鎢極質量問題。由于現有焊槍槍頭很難在鎢極伸出長度的理論值范圍內下降到焊縫根部，無法進行起弧與焊接，而如果加長鎢極長度的同時電阻也會隨之增大，在保證鎢極伸出長度不變的情況下，采取把鎢極前端打磨成平頂錐形，焊接時電流對鎢極所做的功也就相應減小。由此認識鎢棒的質量、適用性及使用壽命這一技術問題被提到議事日程，經多渠道采集并做比較性試驗，終于選擇了合適的鎢極，一根鎢極可以連續焊接三個以上焊口。其次隨著規格的增大，每層參數的調整都經過大量的試驗驗證。

3.2 所遇問題的分析和解決措施

問題一：擺動報警

原因：1擺動位置已經超出了極大值；2設備程序有錯誤；3電路接觸不良。

解決辦法：1不要把焊槍移到位移最大值。2設備供方修改程序。3檢查線路接觸問題。

問題二：φ133管子打底焊縫根部會有斷續的內凹缺陷

原因：1內部除銹、除污不完全；2填充焊劑量偏小，打底焊道厚度偏低

解決方法：1加工坡口必須內鏜，內鏜按圖、按標準加工；2經常檢查保護氣體的壓力表，發現氬氣不足應及時更換氬氣瓶

問題三：接頭左側一度出現嚴重咬邊

原因：1由于焊機本身誤差，致使左右擺幅大小不同；2存在磁偏吹現象，導致左側咬邊；3熱絲電流偏小，導致焊接時焊絲沒有完全熔化。

解決方法：1左側擺幅作適當調整；2檢查管件表面清潔情況及接地線等線路產生磁場存在干擾；3檢查熱絲相關部件和參數，并在焊接時測量實際熱絲電流值，確保焊接時的熱絲電流和實際電流值相符。

問題四：封底焊道存在未焊透

原因：1封底焊電流過小；2管子對位時存在錯邊；

解決方法：1加大封底焊電流，適當增加送絲速度。2管子對位時應盡量避免錯邊，必要時可適當留出一點間隙。

4試驗結果匯總

在本次試驗基礎上，針對碳鋼材質共做工藝評定10套，壁厚覆蓋范圍9—24mm，可以完成壁厚t≤20mm、管徑φ≤325mm的熱絲TIG自動對接，現將最終試驗的焊接效率、接頭一次合格率及現行手工焊生產情況做比較。

4.1焊接時間

4.1.1Φ133×12管子，熱絲TIG自動對接焊每個焊口焊接時間為15分08秒。而采用GTAW/SMAW焊接時間為25分45秒。

4.1.2Φ159×16管子，熱絲TIG自動對接焊每個焊口焊接時間為23分47秒。而采用GTAW/SMAW焊接時間為40分30秒。

4.1.3Φ159×18管子，熱絲TIG自動對接焊每個焊口焊接時間為25分19秒。而采用GTAW/SMAW焊接時間為46分20秒。

4.2焊接合格率

4.2.1 Φ133×12管子，采用熱絲TIG自動對接焊焊接合格率為99.2%。而采用GTAW/SMAW焊接合格為95.6%。

4.2.2 Φ159×16管子，采用熱絲TIG自動對接焊焊接合格率為98.3%。而采用GTAW/SMAW焊接合格為94.9%。

4.2.3Φ159×18管子，采用熱絲TIG自動對接焊焊接合格率為100%。而采用GTAW/SMAW焊接合格為95.1%。

結語

本試驗清晰證明熱絲TIG焊用于中型規格管道對接焊是可行的。試驗結果和分析數據反映此自動機械焊方法的效率和質量都優于手工氬弧焊封底、電弧焊蓋面的作業效果。

本階段性試驗為我公司此類管道投入試生產提供了理論依據。三種規格的碳鋼管道對接焊試驗成功僅是一個開端，積累了大量規范依據，為今后進一步提升效率和開拓更多規格、鋼種的管道機械化焊接奠定了重要基礎。

參考文獻

[1]NB/T47014-2011《承壓設備焊接工藝評定壓力容器焊接規程》.

[2]焊接標準匯編.

[3]鍋爐壓力容器焊接技術.

[4]現代焊接技術手冊.