小管徑水平固定全位置TIG焊接技術

巢杰，楊杰，吳永福，于吉恒，程超

1.常州鐵道高等職業技術學校 江蘇常州 213011

2.中車南京浦鎮車輛有限公司 江蘇南京 210031

1 序言

TIG小管徑水平固定對接，焊接位置從仰焊位，經過立焊位再到平焊位，焊接位置不斷在變化，焊絲、焊槍角度也應隨著管壁弧度不斷變化進行調整，同時需要雙手協調配合，并且要求單面焊雙面成形，焊接難度大大增加。本文以φ50mm×4mm管子對接為例，根據管壁厚度，采用3層3道焊接，操作中將管子分為左右兩個半圓進行焊接。

2 焊接工藝

（1）試件及焊接材料 鎢極氬弧焊試驗選用母材為Q235、φ50mm×4mm的管子，V形60°對接坡口，對接間隙2～2.5mm，鈍邊0.5mm。選用ER50-6、φ2.5mm焊絲，保護氣體選用純度大于99.98%Ar。鎢極選用φ2.5mm鈰鎢材料（見圖1）。

圖1 鈰鎢極加工

（2）焊前準備 認真清理管子坡口正反面，20mm范圍內進行打磨，清除銹蝕、油污、水分等污物，以露出金屬光澤為好，確保焊縫的質量和美觀。

小徑管定位焊時，為減少處理接頭的時間，保證良好的焊接質量，應盡量減少定位焊點，可以只固定一點。通常起焊處在6點位，因此定位點可設置在12點位（見圖2）。定位焊完成后，可用打磨機或鋼鋸將定位焊點兩端加工出斜坡，有助于接頭熔透。定位焊縫要求焊透且不得有焊接缺陷。

圖2 定位焊點位置

（3）焊接參數 選用奧太焊機，具體焊接參數見表1。考慮到12點的位置收縮量較大，應適當調整上下間隙，上面間隙略大于下面間隙。噴嘴與焊件應保持合適距離，距離過長時，氬氣保護效果變差，距離過近時，不但會干擾熔池成形，焊工視線也會受到阻礙，噴嘴至坡口距離一般為5～10mm[1]。

表1 焊接參數

3 焊接要求及過程

TIG小管徑水平固定對接全位置焊接是焊接技能大賽常用考題。φ50mm×4mm小管焊接要求單面焊雙面成形，全焊縫需進行X射線檢測。底部5～7點位置不允許定位焊，定位點長度≤15mm。

管子焊接時，通常將管子焊縫以時鐘位置分左右兩個半圓來焊接。一般采用3層3道焊，焊接時，焊槍角度、加絲位置和電弧位置都必須隨管壁弧度發生變化，如圖3所示。

圖3 焊槍角度

4 焊接要點

（1）打底焊 打底焊是管對接接接頭質量的關鍵。對于TIG小管徑水平固定對接全位置焊接的打底焊，采用小電流快速焊，較好地控制電弧長度，以防止底部6點金屬液下墜，頂部12點背面形成焊瘤，同時要求焊縫表面平整，坡口兩邊熔化良好。

1）焊接過程中，要隨時觀察熔池的形狀，調整好焊槍角度和焊接速度，焊槍與管兩側分別呈90°，防止熔孔擴大出現送絲不暢，形成斷絲。焊絲與管子切線呈10°～15°，焊槍與焊絲夾角呈75°～90°。焊接收弧時比較關鍵，要延遲保護氣體輸送，防止產生收縮孔，收弧不宜突然，否則容易產生收縮孔，可將電弧引至坡口的一側緩慢收弧，防止焊縫中間出現收縮孔。

2）底部接頭焊接要注意由于視線、角度不好，容易出現內凹、未熔合和焊瘤。另外，焊接時應盡可能縮短在高溫區的停留時間，在保證完全焊透、全熔合的情況下，通過降低熔池溫度，減少熱輸入量，改善焊接接頭性能。

3）操作要領。在仰焊部位6點處后移半個鐘點引弧進行焊接，焊接操作順序如圖4所示。打底層焊接時必須控制鎢極伸出長度，鎢極需基本垂直于管子的軸線。電弧引燃后，焊槍在引弧處壓低電弧不做運動，母材熔化后，才可往熔池中填充焊絲（見圖5），焊絲沿坡口的上方送到熔池后，并將焊絲向熔池順勢推送，從而能提高焊縫背面的高度，避免凹陷和未焊透。在填絲的同時，焊槍要緩慢地勻速向前移動，角度要隨管子弧度及時調整，直至焊完前半圈，在水平位置時鐘12點處收弧。焊接過程中要嚴格控制好熔池溫度、焊接節奏和送絲量，防止出現焊縫過高、燒穿、脫節、未熔合等焊接缺陷，方能保證焊縫成形美觀[2]。

圖4 焊接操作順序

圖5 焊絲填加

右半圈焊接完成后，再進行左半圈焊接。焊前對焊縫進行適當清理，6點位置可以使用鋼鋸，鋸出斜坡口，便于焊透。引弧點可在5點半位置，當固態焊縫轉化為液態熔池并產生熔孔后，可填加焊絲進行焊接，操作手法如同右半圈，焊至12點位。

熔池的溫度和熔孔的大小對比如圖6所示。

圖6 溫度與熔池對比

（2）填充焊 焊接時，先行清理打底焊縫氧化皮，焊接時焊槍橫向擺動寬度比打底焊略寬、焊接速度略慢，電弧至坡口兩側略作停頓，保證熔池與母材充分熔合。填充焊縫高度比管平面低0.5mm左右，且要求焊縫保持平整，避免中凸邊凹，防止蓋面焊接時邊凹部位熔合不良。

（3）蓋面焊 具體方法如下。

1）多層焊接的一個重要問題是對層間溫度和層間時間必須加以控制。前一層和后一層的焊接時間應盡可能地控制在幾分鐘內，前一層焊縫有預熱作用，層間溫度等于預熱溫度；第二層的焊接熱量可以促使第一層中氫的迅速逸出。

2）蓋面接頭應與前兩層錯開，可以確保焊縫內部質量，焊槍還是應始終與管面弧度保持在80°～90°，從引弧處前半個鐘點左右引弧往回拉起弧并稍作停留，然后橫向鋸齒運條，直至填滿弧坑再收弧。

3）操作要點：在蓋面層焊接時，應控制好電弧長度和鎢極伸出長度。焊接方法與打底、填充層焊道相同，焊槍橫向擺動幅度比填充層稍大、焊接速度稍慢，坡口兩側稍作停頓，應控制好坡口棱邊的熔化，焊接熔池邊緣應完全把坡口棱邊化掉，并填滿防止咬邊，焊縫余高應控制在0.5～1mm。

當管焊縫色澤呈現灰黑色時，可從以下方面查找問題：①焊接電流偏大。②焊接節奏偏慢。③焊絲添加量偏少。

對應措施：①減小焊接電流。②加快焊接速度。③焊絲添加適當多些。④加強控制熱輸入量。

5 結束語

TIG焊焊接過程穩定，不產生飛濺，保護效果好，熱影響區小，焊縫金屬純凈，含氫量少，幾乎適用于所有金屬或合金的焊接，成形美觀，工藝性能好，工件合格率高。尤其對有色金屬的焊接，效果更佳。