TOCE自動焊電弧偏吹的問題及調整方法

馮英超 王健

1.概述

核電站主冷卻劑回路管道（簡稱主管道）連接反應堆壓力容器、蒸汽發生器和主泵，構成一回路壓力邊界。福清、方家山核電站主回路管道現場的安裝施工使用了純氬保護窄間隙自動焊（TOCE）焊接工藝，以實現縮短建造周期、提高施工質量、降低建造成本的目的。

在使用TOCE自動焊工藝進行主管道施工過程中，由于某些5GT位置焊口出現了電弧偏吹的情況，甚至影響了側壁熔合，對焊接質量有不良影響，所以對出現電弧偏吹的焊道有時需進行特殊處理，影響了施工進度。本文就上述問題，從現場施工角度，保證質量、保證工期的觀點出發，給出調整方法。

2.TOCE焊接工藝

（1）焊接方法 TOCE焊接工藝指純氬保護窄間隙TIG自動焊。

（2）焊接設備 自動焊設備即自動焊焊機，是窄間隙自動焊實施的承載主體。

（3）填充材料 填充材料為不銹鋼焊絲：ER 316L、φ0.8mm和ER 316LSi、φ1.0mm，其中ER 316L用于熔透焊道、支撐焊道的焊接，ER 316LSi用于后續填充焊道、蓋面焊道的焊接。

3.電弧偏吹問題描述

TOCE窄間隙自動焊實施過程中，部分5GT位置焊口出現了電弧偏吹的情況，具體表現為電弧偏向焊縫左側或右側，導致焊縫根部兩側熔合不均勻，尤其以180°～270°情況嚴重（見圖1）。

圖1a中鎢極對準焊縫中心，所使用的焊接參數亦為主管道焊接數據包內的焊接參數，但電弧偏向焊縫一側，導致焊縫根部兩側熔合不均勻，對下一道的施焊工作造成了一定影響。圖1b中，由于電弧偏吹影響，導致焊縫根部熔池分布不均勻，只能通過調整鎢極橫向位置來進行施焊，給正常施焊工作造成了影響，嚴重時需對焊縫進行打磨處理，以消除焊縫根部死角，確保焊接質量。

圖1 焊接過程中出現的電弧偏吹情況

4.調整電弧偏吹方法

針對出現電弧偏吹的問題，給出以下幾種調整方法。

（1）規范鎢極尺寸 鎢極平臺尺寸（見圖2）在工藝評定范圍內盡量小，鎢極的平臺要保證水平度，鎢極錐度要標準，在磨削過程中保證鎢極錐度達到要求。鎢極的尺寸影響到電弧張開角度，在電弧偏吹情況出現的時候，電弧張開角度越大對焊縫根部熔合情況越有好處。建議出現電弧偏吹情況時，在確保鎢極平臺水平度的同時，將鎢極平臺尺寸磨削至焊接數據包中規定的下限，即越小越好，可有效緩解由于電弧偏吹導致的焊縫根部兩側熔合不均勻的情況。

（2）鎢極橫向角度調整與焊接過程中的鎢極位置調整 鎢極的角度影響到電弧的角度，在焊前準備時注意管道方向上的角度調整，在焊接過程中注意管道軸線方向上的實時調整。

如圖3所示，若在焊接過程中出現了電弧偏吹的情況并且已經影響到了焊縫根部兩側成形，那么可選擇調整鎢極橫向偏轉，將鎢極前端向焊縫熔合不良的一側偏轉。施焊過程中也要實時注意焊縫根部熔合情況，通過調整鎢極橫向位置來改善電弧偏吹所帶來的影響。

（3）通過調整焊接參數抑制電弧偏吹的影響 調整參數應在焊接數據包所包含的范圍內進行調整。為了抑制電弧偏吹的影響，在確保側壁熔合良好的前提下，壓低弧壓，降低基值電流，視熔池與側壁熔合情況降低峰值電流，盡量減小熱輸入量，并將熔池控制在較小范圍內。

圖2 鎢極尺寸示意

圖3 焊前準備時鎢極偏轉角度橫向調整

壓低弧壓的作用：一是降低了熱輸入量，使熔池變小并更容易控制；二是壓低弧壓，即是減小了鎢極尖部電弧作用于熔池的距離，益于熔池與焊縫的熔合。

通過焊接參數的調整，可緩解電弧偏吹帶來的焊縫根部熔合不良的影響。

（4）焊縫成形本身對熔合不良的影響 在主管道TOCE窄間隙自動焊焊接工藝中，保證焊縫根部兩側熔合情況是重中之重，而在施焊過程中，前一道焊縫的外觀成形情況直接影響到下一道焊縫的熔合是否良好。

如果由于電弧偏吹的影響在施焊過程中造成焊縫成形不良，并且沒有進行自熔或打磨處理，那么在下一道進行焊接時，在同樣的電弧偏吹影響下，將更加難以保證焊縫根部兩側熔合情況，隨著焊接施工的進行，這種情況會更加嚴重。

調整焊縫成形的目的即是確保在每一次填絲施焊時，焊縫根部平整、均勻，利于熔池的熔合，從而緩解電弧偏吹對焊縫熔合情況的影響。方法如下：

第一，打磨。在電弧偏吹嚴重影響到焊縫成形的情況下，或者其他諸如由于粘鎢、熔孔等問題導致的焊縫成形不良均可進行打磨處理。打磨的標準為焊縫根部圓滑過渡，將所有可能影響焊縫熔合的死角全部打磨干凈，同時盡量保證焊縫深度的一致性或者比較圓滑的過渡，避免出現焊縫深度陡降的情況。

第二，調整焊道。在焊縫出現側壁熔合不良、打磨、壓道焊成形不美觀和焊縫深度不同等不良外觀現象時，可以不使用或使用填充金屬對焊縫進行再熔合。需在不同類型焊道的規定參數中選取對應使用的參數。

調整焊道的目的在于通過再熔合，將原本焊縫成形不良的位置調整至良好狀態，使之不會影響到下一道焊接。

進行調整焊道施焊時，若單道無法保證將焊縫根部調整至平滑狀態，可使用焊接數據包中電流、弧壓的下限焊接參數進行偏離焊接，即單道只確保單側熔合情況，焊縫偏左、偏右各施焊一次，來確保焊縫平滑過渡，調整由于電弧偏吹造成的焊縫成形不良的情況。

5.結語

本文對TOCE自動焊在主管道施工中出現的電弧偏吹問題進行了描述并給出了調整方法，通過這種調整可保證后續TOCE工藝的順利實施，希望對未來使用自動焊進行施工的大管徑厚壁管道焊接工作提供一些幫助。