儀表管自動焊工藝性能研究

賀海波 劉金平 吳闖 馬明豪

摘 ? 要：隨著核電建造數量的增加，業主對于儀表管的焊接質量和焊接效率也提出了更高的要求，有必要開發能夠滿足核電要求的儀表管的自動焊工藝。本文利用OBS CWH115封閉式機頭進行S30408儀表管焊接試驗，尋找了焊接速度的最優解，并進行了工藝試驗驗證。試驗證明，開發的全位置儀表管的自動焊工藝，無損檢測、力學性能及金相試驗結果均符合核級標準要求，具備應用的基礎條件。

關鍵詞：儀表管 ?自動焊 ?工藝

中圖分類號：TG444 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0111-02

1 ?引言

模塊化是核電建造的發展方向，而儀表管道具有管徑小、管壁薄的特點。手工焊接儀表管對焊工的操作技能要求較高，傳統手工焊焊接時難以保證一次焊接合格率，達到核級生產標準。因此急需提升核電建設自動化水平。但由于核電行業的特殊性，對焊接質量要求極為嚴格，有必對儀表管道自動焊的焊接參數范圍和焊縫性能進行驗證。

2 ?設備及材料信息

本文使用OBS CWH115封閉式機頭進行焊接試驗。母材選擇S30408不銹鋼，管道規格為Ф10×2mm，采購標準為GB/T 14976。焊接位置為全位置焊，焊縫坡口形式為I型坡口，組對間隙為0mm，母材化學成分見表1。

3 ?工藝驗證方案

3.1 工藝參數選擇

試驗的焊接方法為TIG自熔焊，起弧方式為高頻起弧，焊縫正面背面均使用99.99%的Ar進行保護。因焊接位置為全位置焊，平焊、立焊、橫焊、仰焊的焊接位置都包含在管道焊接中，因此將管道焊縫按照角度分為6個區間，每個區間60°。以控制變量的方法進行焊接試驗，保持焊接電流、起弧點、保護氣流量不變，以焊接速度作為唯一變量進行對照試驗，試驗參數設置及檢測結果見表2。

檢查焊縫外觀成型及正背面焊縫余高，射線檢測焊接內部是否存在體積缺陷，根據檢測結果，證明焊接速度在100～110mm/min時焊接效果較好。根據核電焊接質保體系要求，需盡量降低焊縫的焊接熱輸入，保障焊縫的力學性能，避免出現焊接缺陷，最終選定焊接速度為110mm/min。以最佳參數進行工藝評定試件焊接，并進行力學性能及微觀組織分析。

3.2 力學性能檢測

根據得出的最佳焊接參數，補充焊接試驗4組，用于進行液體滲透、射線探傷、破壞性試驗。由于管道直徑較小拉伸試驗時采用整管拉伸的方式進行，自熔焊縫抗拉強度的力學性能應大于母材S30408的力學性能，抗拉強度應≥525MPa，焊縫抗拉強度為605MP，大于標準要求值，證明焊縫抗拉強度滿足要求。進行焊縫的面彎背彎試驗，焊縫彎曲180°后，經檢測未發現尺寸超過1.5mm的開裂缺陷。經過力學性能驗證，可以證明儀表管自熔焊縫，在力學性能方面滿足核級管道的生產要求，管道自熔焊接后，得到的焊縫抗拉能力優于原始母材。

3.3 ?金相檢驗結果

宏觀金相顯示儀表管TIG自熔焊得到的焊縫組織融合良好，無夾渣氣孔等焊接缺陷。微觀金相未見顯微裂紋或沉淀物，與傳統鎢極氬弧焊相比，焊縫金相組織更加均勻、細小，金相組織由奧氏體和少量殘余鐵素體組成。儀表管自動焊時，焊接參數變化波動更小，且勻速施焊相較于手工焊更有利于晶粒穩定生長，因此力學性能的穩定性優于傳統手工焊。

4 ?結語

本文利用控制變量法研究了儀表管自動焊焊接速度的最優參數，并使用該參數重復施焊驗證參數的穩定性和適用性。通過液體滲透、射線探傷、力學試驗及金相檢驗，證明該儀表管自動焊工藝滿足核級管道的質量需求。且儀表管的自動焊不受焊工的情緒波動的影響，有利于提高焊縫質量的穩定性和一致性，儀表管自動焊工藝具備應用基礎條件。

參考文獻

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