小直径压力容器环缝对接使用手工脉冲钨极氩弧焊工艺参数的最佳使用

摘 要：在压力容器生产中采用手工钨极氩弧焊技术日益广泛，尤其小直径薄壁容器对接单面焊双面成形或多层多道焊的打底焊能够获得满意的焊缝质量，确保焊缝的焊透性和变形量的控制，通过理论与实践的结合对手工钨极氩弧焊稳恒电流方式与脉冲电流方式焊接的比较，总结出脉冲焊工艺能数的最佳使用。

关键词：手工脉冲钨极氩弧焊；参数；小直径薄壁容器；单面焊双面成形；质量；合格率

在锅炉压力容器生产中，对焊缝成形控制和焊接质量要求相当严格。当筒体直径小自动焊或半自动焊无法保证反面成形时，用手工氩弧焊技术是比较理想的焊接方法，手工钨极氩弧焊按操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三种，此三种方法以手工焊应用最为广泛。

手工脉冲钨级氩弧焊接工艺参数的最佳使用是保证焊缝背面成形和焊接质量的重要前提。通过手工钨极氩弧焊的脉冲焊与恒流焊的比较，参考焊接手册或有关资料的工艺参数，经过反复试验和平时的实践经验，通过比较，获得最佳或较优的工艺方案。

以前氩弧焊焊接单面焊双面成形的焊缝都采用恒流的方式，往往出现的缺陷比较频繁，拍片一次合格率较低，导致焊缝性能显著降低。主要缺陷有：单面焊双面成形时出现背面成形高低不一。焊波脱节凹凸不平，根部产生未焊透现象。（见图1）电流大时容易焊穿，从而降低了拍片的一次合格率，影响了生产进度，耽误了产品的交货期。而手工脉冲钨极氩焊焊接单面焊双面成形有如下优点：变形量小、焊缝成形好，尤其焊缝波纹比较细腻，反面成形优良，但前提是各工艺参数的匹配要正确。（见图2）

图1

图2

脉冲钨极氩弧焊焊接工艺参数的最佳选用如下：

1、极性和钨极的选用

直流正接被绝大多数氩弧焊所采用，直流电源极的发热量远大于阴极，工件为正极，钨极为负极，在日常生产中大多数金属宜采用直流正接，钨极发热量少，不易过热同样直径的钨极可以承载较大电流，工件发热量大，熔深大，生产率高，而直流反接法时，钨极容易过热熔化，同样大小直径的钨极许用电流要比直流正接小得多。约为直流正接1/4且熔深浅而宽。

钨极的选用，钨的熔点（3410℃）及沸点（5900℃）都很高，适合作为不熔化电极，常用的有纯钨极，钍钨极和铈钨极三种，其牌号、化学成分和特点如 1-1所示。不同直径钨极的焊接电流范围如1-2所示。

钨极尖端儿何尺寸加工，采用专门的精细硬磨料砂轮磨削，如图 3所示，钨极伸出喷嘴的长度为 6-8mm。

图 3 钨极尺寸（单位mm）

2、氩气的流量与背面保护

氩气是一种惰性气体，不与其它物质发生化学反应，在高温下也不溶于液态金属。氩气的热容量和热导率很小，密度大，约是空气的1.4倍，从喷嘴流出后，可以形成稳定的气流层，氩气的流量一般在8-12L/min，在焊接单面焊双面成形时，氩气保护有时直接可以影响焊接质量，尤其是不锈钢的单面焊双面成形，氩气保护至关重要，常用的保护措施有：一、如果容器或管内无人孔无法进去用拖罩和衬垫就用充气方法，把该焊件所有口密封好。内部充气目的是保护，防止焊件背面的高温金属与空气发生反应，生成氧化物在背面形成熔渣，不光滑等缺陷。充气时必须把产品内部的空气排净，根据平时经验积累大约1立方容器左右的体积，往内充气排空时间为20分钟，小于0.5M3容积排空12分钟，排空时氩气流量为 20L/min 左右。空气排净后流量减至 5-10L/min。往内充氩气时流量不宜过大，流量过大，焊接时直接会影响质量，因流量大，在里面形成旋转式紊流，空气跟氩气旋转流动造成不良影响。二、容器或管内留有手孔，可以做一只氩气拖罩伸到焊弧背面托在焊缝的背面，拖罩的移动速度要和焊接速度一致，这种方法可节省气体，降低成本和最佳的保护作用。

3、板材下料和坡口加工。坡口形式应依照焊接工艺卡统一机械方法加工坡口，不允许用等离子切割，里割碳弧是刨加工。环缝对接坡口形式如图所示焊接组对和定位焊接组对前对坡口尺寸进行核查，严格按照流转卡装配要求。

4、脉冲钨级氩弧焊的操作及坡口形式工焊接时焊枪，焊丝和工作之间必须保持正确的相对位置，如图4所示。

正式焊接时起焊是在两定位焊缝之间，组对时尽可能不使用直接焊接在母材上的卡具，以免损伤母材，焊接在母材上的卡具必须使用跟筒体材质相类，尤其不锈钢严防渗碳。

焊接直缝时通常采用左向焊法，焊丝与工件间的角度不宜过大，送丝时要绝对防止焊丝与高温钨极接触，以免钨极被污染烧损，产生夹钨，同时影响气流的稳定，操作时要在坡口两侧稍作摆动有利于背面成形，保证焊透，焊接速度根据熔弛大小来定，熔弛的直径要控制在φ4-5mm ，铁水为深红色往前施焊，焊接环缝时，焊枪位置要根据坡口大小来确定。如果坡口大，焊枪必须放在下坡焊的位置，焊枪位置必须放在上坡焊较适当，施焊不锈钢应尽可能减少线能量输入，减轻焊接接头的敏化程度，从而可以提借耐腐蚀性因而采取手工脉冲氩弧焊窄道焊接工艺，采用小线能量，短电弧，小摆动的焊接方法，确保背面成形宽度一致，焊透，一般坡口型式如下图所示：

4、脉冲电流、基值电流的最佳匹配调节脉冲电流、基值电流的大小，幅值与基值电流的持续时间从而控制焊缝和影响区的尺寸和焊接质量，基值电流及基值持续时间的相互匹配应保证电弧稳定燃烧及熔池在基值持续时间得以凝固，基值电流一般为脉冲电流的 20%-25%，基值持续时间为脉冲值的2-3倍，基值与雄冲值差值较明显，有利于克服热裂纹，但过大会引起咬边，通过调书基值，脉冲值和焊接速度，可最佳控制熔透率，避妒生热裂纹和咬边，同时保证电弧的稳定燃烧。一般不锈钢脉冲氩弧焊工艺参数如表所示（直流正接）

综上所述，结合本身的熟练操作技能，采用上述工艺参数所施焊的产品焊缝进行 X 射线探伤检测，未发现表面缺陷和气孔、未焊透等缺陷，一次合格率能达到99%以上。具体结论总结以下几点：

l、它可精确地控制住焊件的热输入，克服了因熔敷金属表面张力不足而造成焊缝的下塌提高了焊缝抗烧穿能力，特别适用于薄板，对接焊缝它可以在不加垫板的情况下，实现单面焊双面成形且焊接变形小。

2、在保证焊透的前提下，可以调节热输入及焊缝在高温停留时间因而适合各种焊接性较差材料的焊接，可减小焊缝及热影响而产生热裂纹和冷裂纹倾向，对于奥氏体不锈钢还能提高焊接头耐腐蚀性能。

3、它对工艺参数波动不够敏感，对各种焊接位置有较强的适用性，适用于全位置的焊接。

4、焊缝成形美观质量稳定焊接接头力学性能均高于普通恒流氩弧焊。

通过电弧脉冲变化，使焊接接头的力学性能和耐腐蚀能力，所以用脉冲氩弧焊焊奥氏体不锈钢薄件或单面焊双面成形是非常有益的。■

参考文献

[1] 焊接手册（焊接方法及设备），机械工业出版社.

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