全位置焊接工艺研究及分析

全位置焊接工艺研究及分析

刘石

（一重集团大连核电石化有限公司，辽宁大连， 116113 ）

摘要：采用全位置自动窄间隙TIG焊机对管对接焊接技术进行研究，研究不同焊接工艺参数下焊缝质量及性能，并最终固化焊接工艺参数一套。

关键词：全位置；窄间隙TIG；焊接参数

一、引言

全位置窄间隙TIG焊接技术广泛应用于管口对接焊接领域。目前主要采取手工TIG打底，再焊条填充焊接。这种焊接方式效率低，工人劳动强度大，焊缝质量受工人操作水平影响大，焊接材料消耗大。因此本文研究全位置窄间隙TIG焊接技术，实现工艺可行性，达到提高效率和质量的目的。

二、试验

在全位置单面焊双面成形焊接过程中，由于在重力和熔池表面张力的共同作用下，不同焊接位置的焊缝成形不尽相同。为了在不同焊接位置均能获得良好的焊缝成形，因此需要在不同焊接位置采用不同的焊接参数，现将焊接时所用的焊接参数列于表1，试验获得的焊缝背面成形情况见图1所示。

表1 全位置单面焊双面成形试验焊接参数

（a）下坡焊背面成形 （b）仰焊位背面成形 （c）上坡焊背面成形

图1 第一对试环焊缝背面成形

三、焊接参数对焊缝性能影响

（1）焊接电流

焊接电流是影响熔深的最主要因素，如果电流较小，则不能焊透，焊接电流过大，则焊缝背面下凹甚至焊漏。只有选取适合的电流，再匹配好焊接电压、焊接速度和送丝速度等其他焊接参数，才能获得既能熔透且背面成形凸出的焊缝。

（2）焊接电压

焊接电压在焊接过程中主要影响熔宽和熔深，在单面焊双面成形焊接时，当选定焊接电流后，合适的焊接电压就显得尤为重要。同填充焊时采用小电压保证焊接质量不同，在单面焊双面成形焊接过程中，坡口钝边小，若焊接电压过小，容易焊漏或焊凹；而焊接电压大，则会造成未焊透，另外，采用较大的焊接电压进行焊接时若焊丝调整不合适，容易产生熔滴过渡，在仰焊或上坡焊时，有可能烧钨极。

（3）送丝速度

对于镍基合金单面焊双面成形，由于钝边较小（2mm），采用的焊接电流较小，使得送丝速度成为影响焊接过程的第三个重要因素。在焊接电流确定的条件下，填充金属会吸收电弧的一部分热量，而且增加熔池的厚度和重量，因此送丝速度大小影响电弧能量和熔池形态。送丝速度小，可能会焊漏或焊道下凹；送丝速度大，可能会造成未焊透，且正面焊道凸出，焊道未摊开；峰值送丝速度和基值送丝速度偏差较大时，会在基值送丝时形成熔滴过渡，易烧损钨极。目前试验采用的是恒定送丝，送丝速度为900mm/min。

（4）焊接位置

全位置单面焊双面成形焊接过程，包含了平焊，立向上焊，立向下焊及仰焊四个不同的焊接方位，在平焊位时合适的焊接参数，在其它位置并不合适。为了降低试验难度，目前采用双侧上坡焊进行试验。在试验过程中，发现仰焊位置最难实现单面焊双面成形，需要找到合适的焊接规范使得电弧作用力与熔池重力和表面张力相平衡，使焊缝达到既能熔透又能避免背面下凹的效果。

（5）材料物理性能

安全端的对接焊缝一侧为镍基材料，另一侧为不锈钢材料，在试验中已经发现二者的导热系数和熔点并不相同，这使得熔化的焊道并不沿焊缝中心线对称，而是镍基材料侧宽，不锈钢侧窄。在焊接试验过程中发现，若焊接时电弧正对着焊缝中心线，则可能存在镍基材料侧已焊凹，不锈钢侧仍未焊透，后将电弧向不锈钢侧调整，就能够获得基本沿焊缝中心线对称的焊道。

（6）背面焊道气体保护效果

在试验中，分别采用三种背气保护装置，分别是气体保护焊焊枪、自制的背气保护气罩和自动TIG焊拖尾气罩，见图2所示。根据平焊位试验所得的结论，只有在背气保护良好的时候，才能获得成性良好的焊道。目前使用的TIG拖尾气罩能够获得银白色的背面焊道，满足试验需求。

（a）气体保护焊焊枪 （b）自动TIG焊拖尾气罩

图2 背面保护气罩

四、结论

通过试验研究，基本明确了各个焊接参数对焊接过程的影响，并获得可靠的焊接上坡焊和平焊位的焊接参数，焊缝性能质量满足要求。

作者简介：刘石（1984-），男，辽宁抚顺人，硕士研究生，研究员，主要焊接技术及生产方面工作。