薄壁管全自動TIG焊接工藝研究

海洋石油工程股份有限公司 （天津 300451） 楊曉飛 劉 斌 劉永貞 任 凱 徐玉強 李維鋒

1.概述

隨著現代海洋工業技術的發展，生產規模的不斷擴大，工藝管線的焊接工作量在逐漸增加，其中小管徑薄壁規格的工藝管線也得到了越來越多的應用。對于此類的工藝管線，工程上通常使用手工氬弧焊接，并開V形坡口進行施焊，需要對焊接坡口進行機加工，焊接填充道次一般需要2～3道，效率較低。采用自動化程度較高的焊接設備和更為先進的焊接工藝，是提高生產效率和保證生產質量的必由之路。

2.適用范圍

本文介紹了一種針對小管徑、小壁厚不銹鋼工藝管線的氬弧焊焊接工藝，此工藝能夠熔透壁厚≤2.77mm的試件，自動焊接機頭適合管件的公稱管徑為42～128mm。其施焊特點：采用直邊坡口直接組對，一道成形，不需要填充焊絲，整個焊接過程為單層單道焊接。本氬弧焊工藝適用于全自動全位置不銹鋼工藝管線的焊接，工藝設計安排合理，不需要焊前對坡口機加工，不僅減少了焊接工序，降低材料成本和人工勞動強度，而且有效提高了焊接質量和效率，尤其適合于特殊位置不能旋轉的小管徑薄壁管線的預制焊接。

3.焊接工藝試驗

（1）試驗用管材和焊材 我們采用工程生產中常用ASTM A312 TP316L鋼管作為試驗母材，待焊試驗件規格為φ168mm×2.77mm，其主要化學成分如表1所示。

表1 A312 TP 316L化學成分（質量分數） （%）

選用規格為φ0.8mm、牌號為TGS—316L的實芯焊絲作為本試驗的焊接材料，符合AWS A5.9 ER316L，這種焊絲化學成分如表2所示。

表2 焊材化學成分（質量分數） （%）

（2）焊接電源 經過調研，比較國內外焊接電源的穩定性及焊接機頭的優質性，我們決定選用法國POLYSOUDE公司生產的PC 600焊接電源和MU IV28焊接機頭。合理選用焊接電源及選用優質的焊接機頭，是得到高質量焊接接頭的必要條件。

（3）試件準備 在全位置焊接中，試件坡口為直邊、無組對間隙，焊前需要對坡口進行打磨清理，圖1為本不銹鋼試驗件定位焊后的現場照片。組對后利用MU IV28機頭進行焊接作業，注意組對時不要錯邊，以免造成未熔合。

（4）焊接參數 采用全位置熱絲TIG焊接，焊接參數如表3所示。

圖1 組對試件

表3 焊接參數

（5）焊縫外觀及性能 本試驗成形后的焊縫外觀形貌如圖2所示，經過對焊縫外觀進行的質量檢查，焊縫外形均勻美觀，焊道顏色銀白正常，無表面氣孔、夾渣、咬邊及裂紋等缺陷。經無損檢測沒有發現夾渣、未熔合、未焊透和裂紋等焊接缺陷，無損檢驗評片合格，符合焊接檢驗標準。

焊縫金屬和熱影響區的橫斷面的宏觀形貌如圖3所示，通過肉眼觀察，焊縫金屬和母材完全焊透、熔合，并無裂紋，對照刻度尺，焊縫焊根及余高均符合標準規定，測試結果滿足要求。

圖2 焊縫外觀形貌

圖3

拉伸試驗用于測定焊縫接頭的極限強度，拉伸試驗結果如表4所示，我們發現斷裂位置發生在熔合線，試驗樣品的抗拉強度＞500MPa，并帶有頸縮現象，說明焊接接頭處的性能良好。參照ASME IX，只要試樣焊縫的抗拉強度≥母材的最小抗拉強度即視為試驗合格，母材ASTM A312 TP316L的標準抗拉強度為485MPa，焊縫金屬的抗拉強度合格。

表4 試樣拉伸性能

側彎試驗用于測定焊縫接頭的完好性和延性，本試樣壓頭尺寸為12mm，彎曲角度為180°。試驗結果表明，試樣側彎性能合格（見表5）。

表5 試樣側彎性能

焊縫金屬力學性能試驗結果表明，窄間隙熱絲TIG焊焊接工藝得到的焊縫金屬的力學性能可以滿足海洋工程公司現場生產及工程項目的建造要求。

4.結語

通過對全位置TIG焊焊接工藝的介紹及焊縫金屬性能試驗結果的分析，得出以下結論：

（1）利用全位置環縫自動TIG焊機現場試驗，并對焊縫金屬進行無損檢測、宏觀檢測及力學性能試驗，結果表明焊縫表面、內部狀況以及其拉伸性能、側彎性能、硬度都滿足工程使用要求。

（2）小管徑薄壁實現了單道無填絲焊接，減少了焊道數量及焊接周期，提高了生產效率。