核電廠主管道手工焊與自動焊工藝對比分析

文/范子坤、梁磊 中國核電工程有限公司 福建福清 350300

目前，核電站主管道安裝焊接主要以焊條電弧焊進(jìn)行，由于主管道具有管徑粗、管壁厚的特點(diǎn)，焊接前還需進(jìn)行熱處理，所以施工時(shí)存在工作量大、施工難度大、焊接環(huán)境惡劣和質(zhì)量要求高等問題。

1、手工焊接的缺陷

手工焊接在管道焊接中的缺陷主要體現(xiàn)在質(zhì)量和效率兩個(gè)方面。根據(jù)核電設(shè)備焊接的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,經(jīng)過焊接工藝評定后形成的焊接工藝規(guī)程,詳細(xì)規(guī)定了與焊接生產(chǎn)有關(guān)的大量技術(shù)參數(shù)。其中,焊接電流、電壓以及焊接速度是較為關(guān)鍵、同時(shí)也是較難控制的技術(shù)參數(shù)。在手工焊接中,由于手勢關(guān)系,電流和電壓會持續(xù)波動,有時(shí)波動超出了規(guī)定范圍,而焊工卻不能發(fā)現(xiàn);焊接速度在工藝規(guī)程中以每分鐘焊接多少厘米來表示,在實(shí)際焊接中也很難監(jiān)控。因此,手工焊接在管道的質(zhì)量管理中存在困難。在手工制造中,通過減慢生產(chǎn)速度,可以在一定程度上提升質(zhì)量。由于管道焊接的質(zhì)量要求較高,焊工在實(shí)際焊接中也是“精雕細(xì)琢”，因此,這類焊縫的生產(chǎn)效率很低。

2、自動焊接的優(yōu)勢和局限

2.1 自動焊接的優(yōu)勢

自動焊接的原理是事先設(shè)定好焊接技術(shù)參數(shù),包括焊接時(shí)的電流、電壓等;同時(shí),設(shè)定好焊槍的運(yùn)行軌跡及運(yùn)行速度。開始執(zhí)行后,焊槍將嚴(yán)格按照設(shè)定的路徑和速度進(jìn)行移動,同時(shí),電流及電壓也比較穩(wěn)定,得到的焊縫質(zhì)量相同且外觀整齊。由于機(jī)械運(yùn)動可以避免手工操作中的不穩(wěn)定。因此,焊接速度可以大幅提高。通常,手工焊接的速度是1.6～2mm/s,而自動氬弧焊速度通常設(shè)定為4mm/s,自動氣保焊速度更是可以達(dá)到40mm/s。

2.2 自動焊接的局限

自動焊接雖具有以上優(yōu)勢,但也具有一定的局限性。首先,由于焊槍只會嚴(yán)格按照設(shè)定路徑運(yùn)動,因此,工件尺寸必須具有較好的一致性;其次,自動焊接前必須準(zhǔn)備合適的工裝和焊接路徑的編程,這需要一定的時(shí)間。因此,自動焊接通常用于大批量生產(chǎn)。

3、自動焊接工藝開發(fā)難點(diǎn)及解決措施

3.1 兩側(cè)熔合不良

出現(xiàn)兩壁熔合不良的原因主要是焊接參數(shù)（關(guān)鍵是電流）與焊縫不能實(shí)現(xiàn)良好的匹配：即熔池成形不良，從而使得焊縫（關(guān)鍵是側(cè)壁）存在未熔合的風(fēng)險(xiǎn)。對此需要重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面：焊縫根部的寬度是選用焊接參數(shù)的關(guān)鍵，所以在根部寬度的測量上要嚴(yán)格、細(xì)心。如果根部寬度數(shù)值沒有在一個(gè)參數(shù)級別上時(shí)（1個(gè)參數(shù)級別是指6.0～7.0mm、7.0～8.0mm），需要慎重的選擇、設(shè)定參數(shù)：一般選擇較大工藝參數(shù)的下限。針對管道溫度較低的情況，焊接參數(shù)的選擇、設(shè)置也較為關(guān)鍵：一般要選擇焊接參數(shù)的上限。

3.2 氣孔

焊接過程中出現(xiàn)氣孔是最為普遍的，探究其產(chǎn)生原因，主要受以下幾個(gè)方面的因素影響：正面保護(hù)氣體流量的設(shè)置、焊機(jī)氣路密封性、焊接過程控制、環(huán)境因素、人為因素等：氣體流量的設(shè)置：由于氣體流量對熔池的成形及周圍氣體的流動都有較大的影響，所以在焊接過程中，要嚴(yán)格采用工藝指導(dǎo)書所規(guī)定的氣體流量范圍，不許有較大的變動。氣體流量偏小時(shí)，在下坡位置容易保護(hù)不良；若氣體流量過大，容易在爬坡位置易出現(xiàn)過大保護(hù)。焊機(jī)氣路密封性：焊接過程當(dāng)中，氣體要從氬氣罐里面出來，經(jīng)由氬氣表、氣管、焊機(jī)、氬氣帶等送至焊槍，所以氣路密封性是否良好對于焊接質(zhì)量存在較大的影響，為此焊接前要進(jìn)行預(yù)送氣并用肥皂水檢測氣體接頭。焊接過程控制：焊接過程當(dāng)中除了氬氣罩高度和鎢極端部尺寸，熔池缺陷的及時(shí)控制及清理也是很重要的。焊接時(shí)，氬氣罩要盡量貼近坡口端部，鎢極尺寸要盡量靠攏標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值且在焊接過程中要密切關(guān)注其變化，焊縫表面缺陷要及時(shí)、全面的進(jìn)行清理。環(huán)境因素影響：焊接時(shí)，周圍的空氣流動也會對焊接質(zhì)量形成一定的影響，且是氣孔形成的主要因素之一，在焊接過程當(dāng)中要盡量的對焊縫周圍實(shí)行密閉，減少空氣的流動；同時(shí)對焊接施工人員的走動要進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

3.3 沾鎢焊接過程當(dāng)中會經(jīng)

常出現(xiàn)沾鎢現(xiàn)象，沾鎢對于焊接的影響比較麻煩，要采取措施對沾鎢進(jìn)行預(yù)防：弧壓的控制：弧壓要盡量貼近于設(shè)置值，當(dāng)輸機(jī)數(shù)值與設(shè)置數(shù)值不一致時(shí)，要盡量的通過調(diào)節(jié)的方式給予更正。弧壓的調(diào)節(jié)：5GT位置焊接時(shí)，270°附近是焊接過程中最容易沾鎢的區(qū)域，由于此位置熔池拉伸的最長、弧壓最容易跟蹤不穩(wěn)的區(qū)域，所以要密切關(guān)注此區(qū)域附近熔池的成形，可以適當(dāng)?shù)奶岣呋海员苊庹存u。焊槍偏轉(zhuǎn)角度的控制：焊槍偏轉(zhuǎn)角度關(guān)鍵是相對于焊絲的偏轉(zhuǎn)，其角度為0～3°（偏離焊絲方向）。

3.4 打底焊縫背部發(fā)渣問題

在一些管道的打底焊接中，往往會出現(xiàn)背面發(fā)黑甚至發(fā)渣的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象通常出現(xiàn)在點(diǎn)固棒處。主要原因是打底焊接至點(diǎn)固棒處需要熄弧并進(jìn)行打磨。此時(shí)，為了節(jié)省氣體考慮，操作人員往往將會把背面氬氣流量調(diào)小，然后用角磨機(jī)打磨點(diǎn)固棒，打磨過程中將會有空氣進(jìn)入，打磨完成后，將背面氬氣流量開大，未經(jīng)背面保護(hù)腔內(nèi)空氣排盡，就起弧焊接，造成背面保護(hù)不良，形成發(fā)渣現(xiàn)象。預(yù)控辦法：打底焊接過程中需要進(jìn)行打磨處理的，不要減小背氬流量，且在打磨完成后，盡量多充3min左右的氬氣。

結(jié)語：

自動焊與核電站建造中傳統(tǒng)的手工焊技術(shù)相比，具有焊接過程穩(wěn)定，可控性強(qiáng)、焊接質(zhì)量高的顯著優(yōu)點(diǎn)。不僅能夠明顯縮短焊接工期，提高工程安裝效率，降低焊材消耗，而且大幅降低了焊工勞動強(qiáng)度和改善作業(yè)環(huán)境，優(yōu)勢明顯。