核電廠主管道手工焊與自動焊工藝對比分析

范子坤 梁磊

【摘要】核電站主管道焊接的類型和方法是一個重要部分，焊接質量關系核電站的安全運行，具有非常重要的意義。傳統的焊接工藝已無法滿足現代化核電站的要求，本文主要就手工焊與自動焊工藝進行了對比，并著重探討了自動焊接工藝的難點及解決措施。

【關鍵詞】核電廠主管道;手工焊;自動焊

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

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在質量和效率兩個方面。根據核電設備焊接的相關標準要求，經過焊接工藝評定后形成的焊接工藝規程，詳細規定了與焊接生產有關的大量技術參數。其中，焊接電流、電壓以及焊接速度是較為關鍵、同時也是較難控制的技術參數。在手工焊接中，由于手勢關系，電流和電壓會持續波動，有時波動超出了規定范圍，而焊工卻不能發現;焊接速度在工藝規程中以每分鐘焊接多少厘米來表示，在實際焊接中也很難監控。因此，手工焊接在管道的質量管理中存在困難。在手工制造中，通過減慢生產速度，可以在一定程度上提升質量。由于管道焊接的質量要求較高，焊工在實際焊接中也是“精雕細琢”，因此，這類焊縫的生產效率很低。

2、自動焊接的優勢和局限

2.1自動焊接的優勢

自動焊接的原理是事先設定好焊接技術參數，包括焊接時的電流、電壓等;同時，設定好焊槍的運行軌跡及運行速度。開始執行后，焊槍將嚴格按照設定的路徑和速度進行移動，同時，電流及電壓也比較穩定，得到的焊縫質量相同且外觀整齊。由于機械運動可以避免手工操作中的不穩定。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定為4mm/s，自動氣保焊速度更是可以達到40mm/s。

2.2自動焊接的局限

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

3、自動焊接工藝開發難點及解決措施

3.1兩側熔合不良

出現兩壁熔合不良的原因主要是焊接參數（關鍵是電流）與焊縫不能實現良好的匹配：即熔池成形不良，從而使得焊縫（關鍵是側壁）存在未熔合的風險。對此需要重點注意以下幾個方面：焊縫根部的寬度是選用焊接參數的關鍵，所以在根部寬度的測量上要嚴格、細心。如果根部寬度數值沒有在一個參數級別上時（1個參數級別是指6.0～7.0mm、7.0～8.0mm），需要慎重的選擇、設定參數：一般選擇較大工藝參數的下限。針對管道溫度較低的情況，焊接參數的選擇、設置也較為關鍵：一般要選擇焊接參數的上限。

3.2氣孔

焊接過程中出現氣孔是最為普遍的，探究其產生原因，主要受以下幾個方面的因素影響：正面保護氣體流量的設置、焊機氣路密封性、焊接過程控制、環境因素、人為因素等：氣體流量的設置：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，要嚴格采用工藝指導書所規定的氣體流量范圍，不許有較大的變動。氣體流量偏小時，在下坡位置容易保護不良;若氣體流量過大，容易在爬坡位置易出現過大保護。焊機氣路密封性：焊接過程當中，氣體要從氬氣罐里面出來，經由氬氣表、氣管、焊機、氬氣帶等送至焊槍，所以氣路密封性是否良好對于焊接質量存在較大的影響，為此焊接前要進行預送氣并用肥皂水檢測氣體接頭。焊接過程控制：焊接過程當中除了氬氣罩高度和鎢極端部尺寸，熔池缺陷的及時控制及清理也是很重要的。焊接時，氬氣罩要盡量貼近坡口端部，鎢極尺寸要盡量靠攏標準數值且在焊接過程中要密切關注其變化，焊縫表面缺陷要及時、全面的進行清理。環境因素影響：焊接時，周圍的空氣流動也會對焊接質量形成一定的影響，且是氣孔形成的主要因素之一，在焊接過程當中要盡量的對焊縫周圍實行密閉，減少空氣的流動;同時對焊接施工人員的走動要進行嚴格的控制。

3.3沾鎢焊接過程當中會經

常出現沾鎢現象，沾鎢對于焊接的影響比較麻煩，要采取措施對沾鎢進行預防：弧壓的控制：弧壓要盡量貼近于設置值，當輸機數值與設置數值不一致時，要盡量的通過調節的方式給予更正。弧壓的調節：5GT位置焊接時，270°附近是焊接過程中最容易沾鎢的區域，由于此位置熔池拉伸的最長、弧壓最容易跟蹤不穩的區域，所以要密切關注此區域附近熔池的成形，可以適當的提高弧壓，以避免沾鎢。焊槍偏轉角度的控制：焊槍偏轉角度關鍵是相對于焊絲的偏轉，其角度為0～3°（偏離焊絲方向）。

3.4打底焊縫背部發渣問題

在一些管道的打底焊接中，往往會出現背面發黑甚至發渣的現象，這一現象通常出現在點固棒處。主要原因是打底焊接至點固棒處需要熄弧并進行打磨。此時，為了節省氣體考慮，操作人員往往將會把背面氬氣流量調小，然后用角磨機打磨點固棒，打磨過程中將會有空氣進入，打磨完成后，將背面氬氣流量開大，未經背面保護腔內空氣排盡，就起弧焊接，造成背面保護不良，形成發渣現象。預控辦法：打底焊接過程中需要進行打磨處理的，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。

結語：

自動焊與核電站建造中傳統的手工焊技術相比，具有焊接過程穩定，可控性強、焊接質量高的顯著優點。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度和改善作業環境，優勢明顯。

參考文獻：

[1]梁文甫，劉彤，劉敏珊.含裂紋核級管道三維有限元分析與LBB評定[J].壓力容器，2014，31（11）：55-60.

[2]中國核工業集團公司.GB/T50522-2009核電廠建設工程監理規范[S].

[3]張厚寶.基于ARM的焊接機器人控制器的研究[D].南昌：南昌大學，2015.

[4]胡國雨，段國強.關于焊裝生產線機器人布局的研究[J].福建質量管理，2016（2）：1.