等离子弧焊接范文（精选8篇）
等离子弧焊接 第1篇
关键词：16t铝合金板材卷制筒体,变极性等离子弧焊接,焊接工艺参数,氦氩混合气
1 概述
目前, 随着国家电网的飞跃发展, 河南平高集团有限公司响应国网发展号召, 大力推动、发展特高压产品, 而其中核心零部件隔离开关筒体、断路器筒体和母线筒体等大多采用16t 5052-H112铝合金板材卷制筒体。通常条件下, 常规6-12t 5052-H112铝合金板材卷制筒体的纵缝变极性等离子弧焊接工艺[1]是不开破口单面焊双面成型[2], 这种工艺只适合焊接高压和超高压电气开关的筒体。随着高压产品电压等级的提高, 例如750KV、800KV、1100KV的特高压电气开关筒体壁厚已达16t或以上。采用常规纯氩气作为保护气的情况下, 16t铝合金板材卷制筒体纵缝若采用变极性等离子工艺在不开坡口的情况保证单面焊双面成型效果, 必须对筒体焊前进行加热, 若采用氦氩混合气作为焊接保护气, 就能保证单面焊双面成型效果:焊缝均匀、成型美观, 而且超声波烫伤、着色探伤、X射线探伤等检测完全合格, 用此工艺焊接特高压开关铝合金筒体最经济、实用。
2 变极性等离子弧纵缝焊接工艺
采用变极性焊接工艺进行铝合金焊接, 热量集中可以获得较大熔深, 较窄热影响区 (HAZ) , 焊缝强度接近母材和塑性强等焊接效果, 正面焊接和阴极雾化的时间能以0.1ms设置, 容易保证焊接的质量和效率。同时穿孔效应变极性等离子可以同时清除焊缝正面坡口钝边和焊缝背面的氧化膜, 起到阴极破碎作用, 最大限度的将焊缝中的杂质排除到焊缝外表面起到延长钨极的寿命的作用, 减少焊接过程中夹钨现象, 更好的保证焊接质量。如果采用He-Ar混合气体作为保护气, 在焊接16t 5052-H112铝合金板材卷制筒体的纵缝焊接焊接的效果更为明显, 更能够满足平高集团特高压、超高压开关筒体的设计要求。
2.1 焊前准备
2.1.1 试件准备
试焊工件为16t 5052-H112铝合金板材卷制筒体, 长度3m, 直径1.6m。筒体为板材卷制而成, 同时对接未Ⅰ型坡口:90°±30′, 坡口直线度≤0.5mm。卷筒前用丙酮清理筒体对接破口内外表面油污等, 然后用碗型不锈钢丝轮打磨筒体坡口及正、背面焊缝两侧50mm范围, 直至使其露出金属光泽, 打磨时注意不能用力过猛, 避免其它杂质压入母材, 达不到焊前清理的效果, 清理后也用压缩空气清理焊缝。同时要求筒体对接定位焊保证对接错边量不大于1mm, 间隙均匀且不大于1.5mm, 而且焊前清理的筒体必须在8小时内施焊。
2.1.2 设备及焊接材料准备
⑴焊接设备。本试验所用设备为美国AMET先进的全数控立式纵缝自动等离子焊接系统。设备主要由可夹持4200mm长度筒体的琴键式立式纵缝焊机、数字化系统控制器、自动弧长控制器、精密机械摆动系统、四轮自动送丝机构、彩色摄像监视系统、数字化逆变变极性等离子焊接电源及其焊接组件等构成。
⑵等离子焊枪。等离子焊枪的性能将直接影响到焊接质量, 本试验选用的是MPW-400变极性等离子直体水冷自动焊枪, 该焊枪暂载率为400A 100%负载, 配套有等离子焊枪制冷式循环水冷系统。焊前仔细清理焊枪外喷嘴、内喷嘴、钨极, 将钨极磨成为平头, 倒角0.5×45°。装配时内喷嘴的端面不能高出外喷嘴的端面, 尽可能使钨极与内喷嘴内腔同心, 钨极内缩量为3.2±0.1mm。
⑶焊丝:采用ER5356φ1.6mm盘状焊丝。
⑷离子气:采用99.999%的氩气;
保护气:采用纯度为99.999%的氩气和纯度为99.99%的氦气。
⑸氦-氩气体混合器:采用SMITH高精度He-Ar双路气体配比器进行保护气的混合配比。
⑹冷却水:采用纯净水或去离子水。
2.2 焊接工艺
2.2.1 引、收弧板焊接
引弧板在变极性等离子焊接时有两个重要作用:一是保证起弧时的焊接缺陷留在引弧板上, 同时保证能在工件上形成稳定的等离子弧;二是热量传输作用, 保证电弧产生的热量顺利过渡到筒体上, 更好的保证其焊接质量。焊前剪两块与筒体同材质的铝板, 规格为150mm×80mm, 一块作为引弧板, 另一块作为收弧板。引弧板长度方向与筒体对接, 以满足焊接时热量能顺利过渡到筒体, 保证焊接需要。同时采用手工TIG在纵缝正面固定引、收弧板。固定焊前也得清理对接焊缝, 同时引、收弧板与工件的间隙应不大于1mm, 固定焊点位于引、收弧板两端, 固定焊点长15～20mm, 引、收弧板与筒体对处满焊, 背面焊后需打磨平整, 同时需进行焊前清理。
2.2.2 筒体纵缝焊接
在引弧板上起弧后穿孔时开始送丝, 等离子弧稳定过渡到筒体上开始进行筒体纵缝焊接。筒体纵缝焊接时采用氦氩混合气, 自动焊丝。焊缝单道焊焊后可根据焊缝需求再进行盖面, 盖面时采用纯氩气作为保护气。
2.3 工艺参数对焊接质量的影响
2.3.1 离子气流量
离子气流量越大, 电弧的穿透能力越强, 但过大不利于小孔的收缩成型, 焊缝背面容易出现“气割”、烧穿等现象。图1为离子气流量为3.5 L/min时焊缝背面出现的“气割”、烧穿等现象。离子气流量过小, 电弧穿透能力差, 达不到单面焊双面成型的效果。
2.3.2 线能量
焊缝的焊接质量受线能量大小影响, 换句话说与焊接电流和焊接速度息息相关 (焊缝的熔透能力随焊接电流的增大而增强, 但电流过大时会造成穿孔的直径过大, 出现熔滴坠落, 不能成型。但电流小, 熔透能力不够, 会出现未焊透现象;焊速过高, 则会出现焊缝焊后咬边, 背面无法成型) 。经过平时经验和反复试验, 对焊接电流同为330A, 300A时, 焊接速度分别为120mm/min、100mm/min时工件的焊缝成形情况进行对比。图2为焊接电流为330A、焊接速度为120mm/min的焊缝情况正面焊缝出现咬边现象, 焊缝背面有明显的“气割”现象;图3为焊接电流为300A、焊接速度为100mm/min时, 焊缝正面成形均匀, 无咬边现象, 背面均匀焊透, 两侧有轻微咬边现象。
由此可见, 焊接电流和焊接速度对焊接质量影响巨大, 所以要保证焊接质量, 须选择合适的焊接电流和焊接速度。
2.3.3 正向、反向时间
合适的正、反向时间频率可以有效地保证阴极破碎作用效果和焊接的时间, 提高钨极的使用寿命。根据经验, 正反向时间我们设定为19:4。
2.3.4 送丝速度
焊接过程中送丝可减少或避免咬边现象[3]。在铝合金中、厚板的变极性等离子弧焊接过程中, 如果不填丝, 在焊缝背面会因液态铝合金熔池的表面张力作用及金属在凝固时的收缩出现整个焊缝很深的凹陷现象, 同时正面焊缝无余高, 低于母材或与母材相平。随着送丝量的增加, 正面焊缝的余高也增加, 背面的凹陷逐渐减小甚至消失, 同时也出现余高, 背面焊缝宽度也同时增加[4]。经过反复试验得出送丝速度2000mm/min左右。
2.3.5 保护气
在焊接过程中, 保护气氩气中加入氦气, 相同电弧长度情况下, 焊接 (电弧) 电压升高, 电弧温度提高, 增大电弧的穿透力, 并能提高焊接速度[5]。这对厚板铝合金焊接有着非常中重要的意义, 相同厚度的板材就可以用较小的电流进行焊接, 保证焊接质量的同时提高生产效率。
2.4 焊接工艺参数的确定
常规6-12t 5052-H112铝合金板材卷制筒体的纵缝变极性等离子弧焊接工艺是不开破口单面焊双面成型在预热的情况下也可以获得满足16t 5052-H112铝合金板材卷制筒体的纵缝的焊接要求, 但对大批量、焊缝长的筒体生产来说, 不易预热和预热的方式效率低, 而且还难以保证焊缝均匀受热, 会造成由于预热不足或不均而导致焊缝背面局部咬边等焊接缺陷, 影响焊缝的焊接质量。
因此, 对采用氦氩混合气作为保护气的纵缝焊接参数进行试验。经过反复试验:保护气为55%氩气加45%氦气混合气体的情况下, 焊接效果最好。同时焊接工艺参数如表1所示, 图4为该焊接参数下的焊缝情况。
图4显示:焊缝外观漂亮 (正面光亮, “波纹”均匀, 而且余高合适) 、焊缝背面较规则、均匀, 无咬边, 外观检查达到图纸设计要求, 同时焊缝经X射线探伤检查为Ⅰ级, 合格率100%。
3 结论
3.1 16t铝合金板材卷制筒体的纵缝变极性等离子弧焊接, 可以实现Ⅰ型坡口对接单面焊双面成形, 焊后焊缝采用X射线探伤检测达到Ⅰ级, 100%合格。
3.2 试验结果, 16t铝合金板材卷制筒体的纵缝变极性等离子弧焊接工艺参数见表2。
3.3 特高压产品各类筒体等由于纵缝长、生产批量大, 采用此工艺在保证纵缝焊接质量的同时, 降低了劳动强度, 提高了生产效率。
3.4 本工艺的研究, 为我公司特高压产品各类筒体的制造提供了有效地焊接技术保证, 为下一步研究更大厚度铝合金板不开坡口的等离子弧焊接工艺奠定基础。
参考文献
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等离子弧焊接 第2篇
2219铝合金变极性等离子弧穿孔焊接工艺研究
采用上坡焊的`方法,以不同的焊接倾角对2219铝合金进行变极性等离子弧穿孔焊接.通过对不同焊接倾角条件下得到的焊缝进行焊缝成形、焊缝尺寸、显微组织及焊缝强度的分析,得出不同焊接倾角对变极性等离子弧穿孔焊接的影响.结果表明,当焊接倾角小于20°时,焊缝不能良好成形;当倾角小于40°时,焊缝区有少量气孔.
作 者：陆成虹 罗志强 杨学勤 林立芳 Lu Chenghong Luo Zhiqiang Yang Xueqin Lin Lifang 作者单位：上海航天精密机械研究所,上海,00刊 名：航天制造技术英文刊名：AEROSPACE MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(6)分类号：V4关键词：2219铝合金 变极性等离子弧 上坡焊
等离子弧焊接 第3篇
7A52铝合金是近年来国内新研制的中强可焊铝合金结构材料,该合金熔铸方便,成形性好,经轧制能获得比较理想的板材,通过适当的固溶及回归再时效处理,可获得优良的综合性能,已批量应用于军用装备、航空航天器与地面车辆等焊接构件[2,3,4]。目前该类合金的焊接主要采用金属焊条惰性气体保护焊(Metal Inertia Gas,MIG)和搅拌摩擦焊,这两种焊接技术各有特点,均能实现对7A52铝合金的焊接,但由于MIG焊需要专用电源和气瓶,设备牵连大;搅拌摩擦焊对工装要求较严,设备繁重。这两种技术的便携性和机动性较差,不能满足野外或应急条件下的焊接维修作业。所以,探索新的焊接方法在7A52铝合金应急维修中的应用是非常必要和迫切的。
1 实验
实验材料为6mm厚7A52铝合金板材,状态为淬火人工时效状态(CS),抗拉强度σb≥410MPa,伸长率δ≥7%。焊件尺寸为100mm×100mm×6mm,焊丝ER5356,直径ϕ3mm,基体及焊丝主要化学成分如表1,2所示。
焊接设备采用水蒸气等离子弧焊电源及专用焊枪,坡口60°,对接单面一次焊完。焊完后沿焊缝横向进行取样,制取金相试样和拉伸试样,在CSS-2210-1电子万能试验机上进行拉伸实验;在BX41型光学金相显微镜上观察微观组织。腐蚀液为5mLHNO3+3mLHF+92mLH2O溶液。
水蒸气等离子弧轴向电弧吹力采用U型玻管气压计进行检测。其示意图如图1所示。将焊枪垂直置于工件正上方,将喷嘴垂直正对测量孔,孔径为0.8mm,钨极尖锥角为60°,工件为厚度20mm的紫铜板,利用乳胶软管将紫铜板上的导出管与U型玻管气压计相连,轴向电弧吹力通过玻璃管内水柱的液面差ΔH换算获得。测量时水蒸气等离子电弧固定不变,紫铜板可以纵向和横向移动。
2 实验结果
2.1 轴向电弧吹力
水蒸气等离子弧电弧介质分别为纯水,20%,40%和60%(体积分数,下同)丙酮水溶液,其轴向电弧吹力测试结果如图2所示。可以看出,两种喷嘴孔径下,纯水介质水蒸气等离子弧轴向电弧吹力最小,随着丙酮浓度的增加,轴向电弧吹力随之增加;相同条件下,喷嘴孔径越小,轴向电弧吹力越大。
2.2 焊缝宏观形貌
不同介质水蒸气等离子弧7A52铝合金焊缝横截面宏观形貌如图3所示。可以看出,电弧介质为纯水时,7A52铝合金焊缝的熔深最浅(见图3(a)),随着丙酮浓度的增加,7A52铝合金焊缝的熔深也逐渐加深,丙酮浓度为60%时,焊缝出现熔透现象(见图3(d))。对比几种焊缝的横断面可知,当丙酮浓度为40%时,焊接接头熔合最好(见图3(c))。从焊缝宏观形貌看不出焊缝存在明显的焊接缺陷。
2.3 焊缝微观组织
7A52铝合金的微观组织是典型的轧制组织,经淬火与人工时效处理后,轧制组织由再结晶组织与变形的带状板条α+Τ相组织组成,如图4所示。7A52铝合金的主要强化机制是析出强化,其主要强化相是亚稳相η′相,合金强度主要由η′相的大小、数量和弥散度决定[5,6]。
(a)纯水介质电弧焊缝;(b)20%丙酮介质电弧焊缝(c)40%丙酮介质电弧焊缝;(d)60%丙酮介质电弧焊缝(a)joint of pure water;(b)joint of 20%acetone arc(c)joint of 40%acetone arc;(d)joint of 60%acetone arc
不同介质水蒸气等离子弧7A52铝合金焊接接头内均包括焊缝区WZ(Weld Zone)、熔合区FZ(Fusion Zone)及热影响区HAZ(Heat Affected Zone)。其微观组织如图5所示。
在水蒸气等离子弧高温作用下,焊丝及7A52铝合金基材边缘迅速熔化,形成液态焊缝金属熔池,并随后冷却和凝固,形成焊缝区(如图5中右侧图所示)。可以看出,焊缝中晶粒为等轴的块状晶,且大小不一,为α(Al)固溶体,在块状晶粒上存在大量的黑色点状析出物质,为T(Al2Zn3Mg3)[7]相和η(MgZn2)相。40%丙酮介质电弧焊缝组织最为均匀,晶界呈串珠状分布,为析出的β(Mg5Al8)相(见图5(f)中箭头所指)。而其他介质电弧焊缝组织较不均匀,焊缝晶粒较大,晶界呈细线状分布[8](见图5(b),(d),(h)中箭头所指)。其中纯水介质焊缝中存在明显的气孔,组织最不均匀(见图5(b))。
熔合区是焊缝区与未熔化基材之间存在的一个过渡区域,该区由于焊接时温度高,冷却时速度快,易发生局部过热、偏析物集聚、产生熔合区气孔(见图5(a))及晶界液化裂纹等现象。添加丙酮的水蒸气等离子弧焊接接头熔合区熔合良好,未发现异常的气孔、夹渣、裂纹等焊接缺陷。
(a)纯水介质电弧接头熔合区;(b)纯水介质电弧接头焊缝区;(c)20%丙酮介质电弧接头熔合区;(d)20%丙酮介质电弧接头焊缝区;(e)40%丙酮介质电弧接头熔合区;(f)40%丙酮介质电弧接头焊缝区;(g)60%丙酮介质电弧接头熔合区;(h)60%丙酮介质电弧接头焊缝区;(a)FZ of pure aqueous medium arc joint;(b)WZ of pure aqueous medium arc joint;(c)FZ of 20%acetone aqueous medium arc joint;(d)WZ of 20%acetone aqueous medium arc joint;(e)FZ of 40%acetone aqueous medium arc joint;(f)WZ of 40%acetone aqueous medium arc joint;(g)FZ of 60%acetone aqueous medium arc joint;(h)WZ of 60%acetone aqueous medium arc joint
2.4 焊缝强度
水蒸气等离子弧焊接时,不同电弧轴向吹力对熔池的形成及搅拌作用各不相同,本工作在其他参数相同条件下,考察不同电弧介质对焊缝抗拉强度的影响,实验结果如图6所示。由图6可以看出,纯水介质焊缝抗拉强度最小,丙酮浓度为40%时,焊缝的抗拉强度最高,平均为250.3MPa。丙酮浓度为20%和60%时,焊缝的抗拉强度均低于丙酮浓度为40%时焊缝的抗拉强度。
2.5 接头显微硬度
不同介质水蒸气等离子弧7A52铝合金焊接接头显微硬度如图7所示。
由图7可以看出:(1)焊缝显微硬度均低于7A52铝合金基材;(2)在热影响区靠近焊缝的微区,显微硬度均明显升高,高于7A52铝合金基材,且随着丙酮浓度的增加,该微区宽度逐渐变宽;(3)在热影响区内均存在软化区域,电弧介质不同其软化程度也不相同。
2.6 焊缝断口
以丙酮浓度为40%为例,其7A52铝合金焊接接头拉伸断口形貌如图8所示。可知断口断裂于焊缝区,断口上可见明显的韧窝形貌,大韧窝的平均直径在30μm左右,小韧窝的平均直径在10μm左右,断口存在明显的延性棱,符合延性断裂的微观特征,显示焊缝断口具有较好的塑性。焊缝的总体断裂形式为韧性断裂。
3 分析与讨论
轴向电弧吹力是电弧等离子流对熔池表面产生的垂直冲击作用力,它是电弧气体密度及等离子流轴向速度的函数,可表示为[9]:
undefined
式中:Pz为轴向电弧吹力,Pa;ρ为电弧气体密度,L/m3;uz为等离子流轴向速度,m/s。
当水中加入丙酮后溶液的沸点降低,在相同加热功率条件下,添加丙酮的溶液较纯水沸腾较快,导致产气量快速增加,气流增大,故而轴向电弧吹力增大[1]。当丙酮浓度达到一定浓度后,产气量增加速度变缓,气流增大趋势减弱,等离子流速增速逐渐减缓。此外,在相同产气量、相同枪体内部压力条件下,随着喷嘴孔径的缩小,其对水蒸气等离子弧的机械压缩作用增强,弧柱截面面积减小,导致电弧弧柱电流密度增大,等离子流流速增加。由式(1)可知,轴向电弧吹力随着等离子流流速和弧柱电流密度的增大而增大。故而出现如图2中所示曲线变化趋势。
随着丙酮浓度的增加,水蒸气等离子弧轴向电弧吹力越大,其对熔池的冲击力也越大。在其他参数相同条件下,电弧吹力越大,熔池越深。但电弧吹力过大时,对焊缝成形不利,可能出现熔透现象(见图3(d))。
由于水蒸气等离子弧电弧空间存在大量的氢、氧粒子,电弧氧化性较强,纯水介质电弧的氧化性最强,当其中加入不同比例的丙酮时,水蒸气等离子弧电弧空间中碳离子所占比例增加,氢、氧离子所占比例减小,导致电弧性质发生了变化,电弧具有一定程度的碳弧特性[10],氧化性降低。此外,随着丙酮的加入,水蒸气等离子弧轴向电弧吹力逐渐增加,其对熔池的冲击和搅拌作用增强,有利于增加熔深,提高熔合比,有利于焊缝中气体的排出,减少气孔的生成。所以,图5中纯水介质焊缝中存在明显的气孔,而添加丙酮后焊缝中气孔减少,接头质量明显提高,丙酮浓度为40%时焊缝的抗拉强度较纯水电弧焊缝提高了近三分之一。此外,ER5356焊丝是高Mg合金焊丝,具有一定的脱氧效果,也有利于7A52铝合金的焊接。
在热影响区靠近熔合区的微区,由于水蒸气等离子弧的高温特性,该微区在焊接时由于峰值温度高及随后的快速冷却,导致该处强化相η′(MgZn2)来不及转化为平衡相η(MgZn2),固溶体过饱和,导致该区发生固溶时效硬化,硬度升高。而在距熔合区较远的微区,由于铝合金的高导热性,焊缝向外部的传导热对该处持续作用时间较长,强化相逐渐脱离固溶体而转化为平衡相η(MgZn2),且脱溶析出后继续长大,故导致该处出现软化现象[11]。比较几种介质电弧7A52铝合金焊接接头显微硬度分布规律,可以发现,丙酮浓度越高其固溶微区越宽,软化微区距熔合区也越远。主要原因就在于随着电弧轴向电弧吹力的增大,焊接时对熔池的搅拌作用较强,致使电弧热快速沿基材向远处传递,导致该处高温持续时间较长,该处的强化相有足够的温度和时间向平衡相转化。所以,水蒸气等离子弧电弧介质不同,其焊接接头热影响区中硬化、软化区域的程度和宽度各不相同。
综上所述,由于不同介质水蒸气等离子弧的氧化性不同、轴向电弧吹力不同以及铝合金独特的焊接特点,目前还只能定性地分析不同介质水蒸气等离子电弧与7A52铝合金焊接接头组织和性能之间的关系。对于接头热影响区显微硬度的复杂变化,焊接热循环作用导致该处强化相η′(MgZn2)的脱溶及晶粒长大是其内因,而轴向电弧吹力导致熔池的搅拌及焊接热的传递则是其外因。
4 结论
(1)纯水介质水蒸气等离子弧轴向电弧吹力最小,随着丙酮浓度的增加,轴向电弧吹力逐渐增大,其对熔池的冲击和搅拌作用逐渐增强,焊缝熔池的熔深逐渐加深。
(2)在其他工艺参数相同条件下,丙酮的添加有利于降低水蒸气等离子弧的氧化性, 能有效提高7A52铝合金焊接质量和接头性能;纯水介质水蒸气等离子弧焊缝存在气孔、夹渣等焊接缺陷,而添加丙酮后,7A52铝合金焊接接头质量明显提高,焊缝中焊接缺陷明显减少。
(3)7A52铝合金不同介质水蒸气等离子弧焊接接头热影响区中均存在硬化和软化区域,其硬化区域宽度随着丙酮浓度的增加而逐渐变宽。这与轴向电弧吹力大小、电弧热量传导速度、热影响区组织中强化相转化以及时效状态密切相关。
摘要：利用水蒸气等离子弧焊切设备,选择水及不同比例丙酮水溶液等作为电弧介质对7A52铝合金进行焊接,对不同介质水蒸气等离子弧的轴向电弧吹力进行测试,对不同介质水蒸气等离子弧焊接7A52铝合金接头的组织和性能进行分析研究。结果表明:丙酮浓度越大,轴向电弧吹力越大,焊缝熔深越深;随着丙酮的添加,电弧的氧化性降低,有利于提高焊接质量,丙酮含量为40%(体积分数)时焊接接头性能最好,焊缝组织比较均匀;接头热影响区存在不同程度的硬化和软化区域,这与轴向电弧吹力大小、电弧热量传导速度、热影响区组织中强化相转化以及时效状态密切相关。
关键词：7A52铝合金,水蒸气等离子弧,电弧介质,电弧吹力,微观组织
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等离子弧焊接 第4篇
1 数学模型的建立
1.1 几何模型的建立和网格划分
建立的几何模型进行网格划分时, 为兼顾精度和计算采用自由网格划分, 在焊缝附近的网格划分较为细密, 远离焊缝的区域网格稀疏。
1.2 边界条件的建立
1) 温度边界条件, 在焊接时假定的环境温度为25℃, 因此在模拟计算中, 设定温度的边界条件为25℃。
2) 磁场边界条件, 对于等离子弧焊接, 由于电弧部分是在钨极和工件之间加上较高电压, 经高频震荡后使电弧成为高度电离状态的等离子体, 在自身磁场的作用下等离子弧柱体进一步压缩, 对于磁场也会作用于焊缝的一定区域, 因此在焊接模拟计算时应该考虑到磁场对焊接模拟计算带来的影响。在电弧的对称面加磁感应强度B垂直边界, 其它面加无限标志, 即假定无限远处的磁感应强度为零。
1.3 热源模型的选择
在进行焊接模拟计算时, 常用到的热源模型是高斯热源模型, 在高斯热源模型的基础上发展了有双椭球热源模型、面体组合热源模型、旋转高斯热源模型等。对于等离子弧焊接的电弧是压缩电弧采用高斯热源不满足焊接要求, 因此本论文以旋转高斯热源模型为基础, 对其进行优化后得到符合要求的热源模型。
2 模拟结果
图1、2为等离子焊接在第7s和在15s时, 工件上的温度场的模拟结果。从图中可看出, 焊缝中心温度最高, 可达到2100℃左右, 远离焊缝的一个小区域温度迅速降低为480℃。这是由于等离子弧的电弧是压缩电弧, 在机械压缩效应、热压缩效应、电磁压缩效应的作用下电弧急剧收缩造成的, 在电弧的区域形成了高度电离的等离子体。从模拟的结果中看出, 与实际等离子弧焊接的温度分布特点一致。
3 试验结果对比
在进行焊接试验, 采用焊接电流为150A, 焊接速度保持5.5m m/s, 等离子弧焊枪喷嘴孔径为3m m, 等离子气流量4.5LPm in, 电极内缩量为3 m m, 喷嘴距阳极的距离为12 m m。试件尺寸为120m m×60 m m×4 m m实验结果如下如。测量焊缝的熔宽为7m m, 模拟计算的结果焊缝的宽度为9m m, 与实际焊接的熔宽接近, 因此模拟结果较为准确。
4 结论
1) 以旋转高斯热源模型为基础进行优化, 同时在模拟计算中考虑了温度边界条件和等离子弧自身磁场对数值模拟的影响。模拟结果表明在焊缝中心温度高可以达到2100℃, 而在焊缝的边缘区域温度可以达到480℃。
2) 以H 62为母材进行等离子焊接试验, 通过试验测量焊缝的熔宽与模拟结果进行对比, 结果表明试验和模拟基本吻合, 从而验证了模拟计算的正确性。
摘要：对旋转高斯热源模型进行优化, 在数值计算中考虑边界温度、电磁对数模拟结果的影响并进行了等离子弧焊接试验, 结果表明, 数值模拟的结果和试验的结果基本吻合。
关键词：等离子弧,温度场,热源模型,铜合金
参考文献
[1]顾曾迪.铜及铜合金的焊接[M].机械工业出版社, 1981.
[2]季杰, 马学智.铜及铜合金的焊接[J].焊接技术, 1999.
等离子弧焊接 第5篇
在所有的电弧热源中, 钨极氩气保护电弧的特点是热量集中, 能量密度介于自由电弧和压缩电弧之间, 因此称之为“不完全等离子弧”。这种“不完全等离子弧”与传统等离子弧相比具有以下几个特点:1) 不完全等离子弧的温度 (3000~5000℃) 要远远低于传统等离子弧 (3000~100000℃) , 因此可以降低基体与熔覆层的熔合比, 提高熔覆层的质量;2) 不完全等离子弧在进行熔覆时, 工件被氩气包围, 加热、冷却过程中无氧化、烧损现象, 适于各种材料。一般实行手工操作, 灵活性高。因此, 对一些难以实现激光熔覆的大件 (如高压阀阀座) 、基体形状复杂件、野外装备维修作业的现场熔覆等方面均可适用。但是, 这种热源的电弧宽度有限, 对实际零件进行修复时需要反复加热, 将会增大对零件的热损伤, 降低零件的疲劳强度和使用寿命。
本文提出采用一种新型的“不完全等离子宽弧”作为电弧熔覆热源。宽带电弧是将三个独立的电弧合并, 每个电弧具有单独的保护气体和熔覆粉末输送装置, 通过调节三个电弧的距离和角度, 实现在保证电弧宽度的前提下, 平稳引弧, 整个弧柱区内能流均匀、稳定, 以确保熔覆层性能和质量的均一性。该宽带电弧可大大提高熔覆效率。
1 不完全等离子宽弧特征
图1为不完全等离子宽弧熔覆原理示意图。
由电工学可知, 当电流在一个导体中流过时, 整个电流可看作由许多平行的电流线组成, 这些电流线间将产生相互吸引力, 使导体截面有收缩的倾向。对于固态导体, 此收缩力不能改变导体外形, 但对于液态或气态导体。其将产生截面收缩, 这种现象称作电磁收缩效应。所产生的力称作电磁收缩力或电磁力。
由于本文中宽带电弧是由3个独立的电弧组合而成, 在电磁收缩力的作用下很容易出现三个电弧叠加合并成一个电弧的现象, 这样不仅会缩由3个独立的电弧组合而成, 小宽带电弧的宽度, 影响工作效率, 更重要的是叠加后的宽带电弧的静电压力值过高, 会给熔覆工艺带来较多负面影响, 如飞溅过大, 能流密度过高造成焊缝成型不好等等。因此, 三个钨极之间需保留一定的距离及角度, 这样就能有效避免电弧合并现象的发生, 同时也能保证电弧的宽度, 提高工作效率。
2 宽带电弧的引弧机理
既然宽带电弧是由3个独立的电弧组合而成, 那么就存在三个电弧引燃顺序的问题。本文尝试了以下几种引弧方式:
1) 三个电弧同时引弧。这种引弧方式不能得到性能和质量均匀的熔覆层。这是由于三个电极与工件之间的距离不可能完全相等, 也就是三个电弧的空载电压不同, 因此三个电弧产生电磁收缩效应的程度是不同的。这就会造成宽弧能量不均匀, 甚至会出现3个电弧合并成一个弧的现象。合并后的电弧能量过高, 不仅会引起飞溅及焊缝成型不好等负面影响, 更严重的后果是增大融合比, 影响熔覆层性能和质量。
2) 先同时引燃中间弧和一侧电弧, 再引燃另一侧电弧。这种引弧方式也很难保证电弧的宽度, 以及宽带电弧的能量均匀性, 因此很难得到性能和质量优良的熔覆层。
3) 先引燃中间弧, 再同时引燃两边电弧。这种引弧方式, 通过调节三个电弧之间的距离和角度, 可以控制两两电弧在能量和电弧力薄弱的区域叠加, 既能够保证电弧的宽度, 同时也能够保证电弧的稳定性和弧柱区域的能量均匀性, 从而得到性能和质量都良好、均匀的熔覆层。图2为采用这种引弧方式得到的熔覆层照片, 不难看出, 熔覆层美观均匀, 并且通过性能测试可知, 整个熔覆层的性能都比较均匀, 且融合比低。也就是说, 该引弧方式得到的熔覆层能够满足零件修复和再制造的要求。同时, 该宽带电弧一次熔覆得到的熔覆层宽度可达30~40mm, 大大提高了修复效率。
3 结论
1) “不完全等离子宽弧”是由三个钨极氩气保护电弧组合而成, 每个电弧具有独立的送粉和冷却装置, 三个电极之间的距离和夹角在一定范围内可调, 从而保证了电弧的宽度, 提高了工作效率, 同时也避免了三弧合并现象的发生, 保证了不同工艺条件和工作环境下熔覆工艺的顺利进行。
2) 该宽带电弧的引弧特点是:先引燃中间弧, 再同时引燃两边电弧。这种引弧方式不仅能够保证电弧的宽度, 而且也能够保证电弧的稳定性和弧柱区域的能量均匀性, 从而得到性能和质量都良好、均匀的熔覆层。
摘要：利用一种新型的“不完全等离子宽弧”作为电弧熔覆热源, 该宽带电弧由3个独立的电弧组合而成, 可大大提高熔覆效率。本文通过分析电弧特征, 提出三个钨极之间需保留一定的距离及角度, 以保证平稳引弧, 整个弧柱区内能流均匀、稳定。试验研究结果表明, 引燃宽带电弧时, 需先引燃中间弧, 再同时引燃两边电弧, 以得到性能和质量都良好、均匀的熔覆层。
关键词：宽带电弧,电弧特征,形弧过程
参考文献
[1]杨春利.电弧焊基础.哈尔滨工业大学出版社, 2003.
[2]周玉生.电弧焊.机械工业出版社, 1994.
[3]易春龙.电弧喷涂技术.化学工业出版社, 2006.
薄壁铜小管与低合金钢的Ar弧焊接 第6篇
对某些特殊容器, 为了节约成本、提高经济效益, 生产工程中常将化学性质和物理性质差异较大的铜和低合金钢等异种金属材料组合使用, 实施复合焊接。由于铜、钢在材料特性上存在显著差异, 焊接冶金过程也不相同, 所以在焊接中会导致其产生气孔、未熔合、裂纹、焊口渗漏等缺陷。另外, 厚薄不一致, 也如低合金管板材料较厚, 但是铜管壁厚较薄[1,2,3,4,5], 增加了焊接难度。
本文基于实践经验, 围绕上述问题, 分析了薄壁铜小管与低合金钢厚板的Ar弧焊接工艺流程, 提出了实施技术和方法, 供业界参考。
1 研究对象与材料性质
肇庆技师学院 (以下简称我校) 化机厂生产的后冷却器主要由筒体、封头、薄壁铜小管组、管板等组成, 作用是:降低空气压缩机排出的压缩空气的温度, 析出大量油和水, 该装置是压缩空气站的必配设备。每台产品管子和管排数根据容器立方而定, 容积越大, 组合焊口越多, 有十几条至几百条不等。
1.1 研究对象
图1是容积为100 m3/min的后冷却器芯结构。其设计压力为1.05 MPa, 温度为140℃。管子材质为T2, 管子规格为Φ16 mm×1.5 mm, 与之连接的管板为16Mn R板, 厚44 mm;管排之间的距离也仅有约16 mm。铜管壁薄, 又是与低合金钢厚板焊接, 属于异种金属焊接, 要保证质量并非易事。
1.2 铜与钢的化学性质和物理性质比较
铜与钢的化学成分分别如表1和表2所示。由于钢中铁占95%以上, 故比较铜与铁的物理性质如表3所示, 化学性质如表4所示。
2 处理技术与方法
刚开始时, 采用高出管板面部分的管子自熔 (不加焊丝) , 以及Ar弧方法进行焊接。试压时焊口出现渗漏现象, 经补焊后质量也不理想, 主要缺陷是裂纹、气孔、未熔合等现象, 渗漏几乎1/3所占比, 直接影响产品质量和交货期。针对上述情况, 对缺陷从材质、坡口清理、对口、焊接工艺和操作手法等方面进行了分析和比较, 查找原因, 采取了相应措施, 保证了焊接质量。
2.1 分析焊接技术
从表1~表4中看出, 铜与钢之间的导热系数、膨胀系数、收缩率、比热、熔点等差异较大, 给焊接造成了一定的困难。特别是铜的导热系数在20℃时比钢大7倍之多, 在1 000℃时比钢大11倍之多。同时, 铜的线胀系数也比较大, 比铁大约高15%, 而铜的收缩率比钢也大1倍以上。这对保证铜与钢的异种金属焊接质量是非常不利的, 必然造成以下问题:
(1) 由于两种金属的熔点相差大, 当紫铜达到熔化状态时, 碳钢仍呈固体状态, 因此已熔化的金属容易渗入过热区的晶界, 使过热区的组织性能降低。在16Mn R钢熔化时, 势必造成紫铜的流失、合金元素的烧损和蒸发, 焊接接头难以熔合。
(2) 由于线胀系数差异大, 线胀系数大的金属热胀率大, 冷却时收缩率也大, 反之亦然, 因此紫铜与低碳钢焊接时, 熔池金属结晶后, 会产生很大的热应力, 焊缝两侧金属承受的应力状态也不同, 容易使焊缝及影响区产生裂纹。
(3) 由于铜的导热性好, 焊接熔池凝固速度快, 液态熔池中气体上浮的时间短, 来不及逸出, 易造成气孔。
(4) 由于铜和钢的膨胀系数相差很多, 而且铜铁二元合金的结晶温度区间很大 (约为300~400℃) , 故在焊接时容易发生焊缝热裂纹。
(5) 从化学性质来看, 铜不是活泼金属元素, 具有很强的化学稳定性。其抗氧化性能强, 在室温下氧化速度非常慢, 但是随着温度的升高, 尤其是超过300℃时, 其氧化能力迅速增大, 当温度接近熔点时, 其氧化能力最强。氧化的结果是生成氧化亚铜 (Cu2O) 。焊缝金属结晶时, 氧化亚铜和铜形成低熔点 (1 064℃) 的 (Cu+Cu2O) 共晶, 分布在铜的晶界上, 大大降低了焊接头的机械性能, 导致产生热裂纹。
(6) 由于钢与铜中含有一定量的杂质, 如氧、硫、磷等, 在焊接过程中, 这些杂质元素易形成各种低碳熔点的共晶体和脆性化合物而存在于焊缝晶界处, 严重削弱了金属在高温时的晶间结合力, 使焊缝易产生热裂纹。
此外, 焊缝中的铁元素对热裂纹的影响也比较大。查阅有关试验资料, 当铁含量在10~43%时, 焊缝获得α+ε (铁素体+Cu) 双相组织, 此时焊缝具有最好的抗裂性能。因此, 控制焊缝的熔合比也是相当重要的环节。
针对上述不利因素, 虽然紫铜与低碳钢的物理性质相差较大, 但它们的晶格类型、晶格常数、原子半径、原子外层电子数目等都比较接近, 这对它们之间形成金属是有利的, 并且紫铜与低碳钢在液态时能无限互熔, 而固态时也能有限互熔形成α+ε混合物, 不存在不熔合的间层, 因此焊接时要想获得满意的焊接接头, 必须从焊接方法、焊接材料和焊接工艺、操作技巧等几方面加以解决。
2.2 选择焊接方法
对于铜和低合金钢异种金属的焊接方法, 我校化机厂现有条件一般只有:气焊、手工电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊等。
(1) 气焊:通常气焊用于焊接厚度≤6 mm的焊件。紫铜焊接时选择的焊接材料的重要作用之一就是脱氧。第一, 要选择脱氧剂, 平时用的最多是硼砂 (Na2B4O7) , 它们在焊接过程中与Cu O发生反应而脱氧。第二, 由于紫铜导热性高, 气焊时必须选择大火焰功率, 一旦控制不好就会产生大变形。
(2) 手工电弧焊:手工电弧焊设备简单, 操作灵活, 比气焊生产率高。但质量不稳定, 要求短弧焊接, 若控制不好, 氧、氢等气体容易侵入熔池, 焊缝中容易产生缺陷, 焊接时劳动条件差。工件厚度≤4 mm时, 可不开坡口也不用预热, 但当工件≥5~10 mm时, 需要开坡口, 焊接时要预热250~300℃, 更大厚度时需预热温度更高。但对于一薄一厚的异种金属, 也是难以控制。
(3) 埋弧焊:主要优点是焊接时允许采用较大的焊接电流, 以及由于电弧在焊剂层下燃烧, 熔渣的隔热作用使电弧的热量辐射损失较小。因此, 通常不需要预热, 且埋弧焊时, 熔池保护良好, 接头质量较高, 劳动条件好, 但适合于中、厚板及长焊缝的焊接。
(4) 手工钨极氩弧焊:氩气对焊缝金属熔池的保护作用好, 空气中的氧和氢不易进入熔池, 并且氩弧焊的温度高, 热量集中, 容易焊透, 焊缝的热影区小, 熔池体积易于控制, 焊缝强度高, 接头质量好, 不用预热, 焊件变形小, 效率高, 焊缝美观。另外, 钨极氩弧焊时, 焊缝和近缝区均不易过热, 这对防止热裂纹都是有利的。
为了合理控制焊接热循环, 改善焊接应力状态, 以及消除氧化物、硫化物及低熔点共晶体的有害作用, 得到高质量的焊接接头:第一, 考虑后冷却器铜小管的密排间距较小, 以及铜小管管壁较薄与之配合的管板厚度较厚, 两者厚度相差较大;第二, 为了焊接过程便于控制焊缝的熔合比, 保证Fe元素在焊缝中的含量在10~43%之间。综合考虑, 首选了手工钨极氩弧焊。
3 工作准备与焊接
3.1 焊丝选择
选择焊接材料正确与否, 对控制焊缝的化学成分、限制有害杂质非常重要。由上述分析知, 由于紫铜的含氧量对其焊接性能有很大影响, 因此填充焊丝必须具有良好脱氧能力及焊缝成形能力。通过试焊, 选用了HS201, 焊丝直径Φ1.6 mm, 是含有少量的硅、锰脱氧元素的特制紫铜焊丝。加锡改善了熔融铜的流动性, 具有焊接工艺性能优良、焊缝成形好、力学性能较高、抗裂性好等特点, 适用于紫铜氩弧焊时作为填充材料。焊前用0#砂布将焊丝表面氧化膜、油污等清理干净, 其化学成分见表5。
3.2 准备流程
(1) 将管板的孔两端倒角2×30°;
(2) 去除薄壁铜小管端口外边缘的毛刺;
(3) 装配前清理:为防止铜的氧化, 用电动钢丝擦把管板表面的油、锈、污物等彻底清理, 直至露出光泽, 以减少氧的来源, 否则会引起气孔、夹渣等缺陷, 使焊缝的性能降低。把薄壁铜小管端口焊接部位约50~80 mm长, 用0#砂布擦干净表面氧化层。
3.3 焊接流程
选用WSMA—300专用直流氩弧焊机, 氩气 (纯度≥99.9%) 的保护气体, 焊接层数为1层。
装配对口:采用合理的接头型式, 能改善接头的工艺性能和抗裂性能, 因此, 为保证焊缝中Fe元素的含量处于合适的范围和确保焊缝成形美观, 薄壁铜小管的管口高出管板面约1~2 mm为好, 如图2所示。
(1) 再检查:检查焊机电源线、水路、气路等是否正常, 铈钨极钨针直径采用Φ2.5 mm;为使电弧集中, 燃烧稳定, 钨针端部应磨成圆锥形, 其顶部稍留0.5~1 mm直径的小圆台为宜, 如果顶角过小, 电极容易烧损, 顶角过大, 电弧不稳, 容易跑弧, 同时还要求同心度要好。引弧前应提前5~10秒输送氩气, 借以排除管中及工件被焊处的空气并由流量计调节到所需流量值。
(2) 工件管口位置选择:为保证质量更好的焊缝和提高工作效率, 按图1所示技术要求装配好铜小管和管板以及隔板等, 校正固定装入冷却器筒体。焊前用吊车平稳立放, 水平位置焊接, 做好安全措施。
(3) 焊接顺序:考虑铜管焊口密集的排列, 为了不影响焊接操作以及减少母材在高温阶段的存在时间的焊接应力和构件的整体变形, 采用分散对称、隔排焊接方法。焊接排管口顺序如图3所示, 先在管板右端第一排管口开始焊接→第三排→第五排→依此类推, 焊完为止;然后再焊第二排→第四排→第六排→依此类推, 焊完为止。
(4) 焊接参数:如表6所示。
(5) 焊接运条方向和角度:由于焊接管口小, 为了便于手位更换。因此, 采用逆时针方向和顺时方向运条, 运条手法分二次焊完一个焊口, 如图4所示。焊枪、焊丝与工件之间的角度, 如图5所示, 喷嘴与工件夹角为70°~80°, 焊丝与焊工件夹角10°~20°, 喷嘴与工件的距离10~15 mm为宜, 这样既便于操作、观察熔池情况, 又能使焊接区获得良好的保护。
(6) 引弧:由上述分析, 由于紫铜比铁的导热能力强得多, 按常规焊接, 电弧引燃后应偏向紫铜一侧, 这样有利于对铜一侧起到预热作用, 但是铜小管管壁较薄, 管板较厚, 实践中容易使铜管边缘焊塌, 为确保两种母材受热均衡和焊缝获得α+ε双相组织, 引弧时先在铜管边缘外的管板件表面引弧, 引燃后再移入焊接坡口区, 当铜管有足够温度熔化时, 电弧中心稍偏向管板侧, 使两者同时熔化。如图4所示, 在时钟2~3点钟位置起弧, 待电弧稳定后再移到焊接对口处, 注意引弧时不能把钨极与工件接触, 防止钨极粘在工件上, 产生夹钨。
(7) 焊接:焊接操作时, 定好焊接手位, 以送丝顺畅为准。由3~2点钟处起点→逆时针→9~8点钟之间处收弧, 然后同样手法由2~3点钟处起点→顺时针→8~9点钟之间处收弧。起初焊接速度要适当慢些, 使母材得到一定预热, 以保证焊透和获得均匀的焊缝成形, 然后再适当加快焊速, 焊枪应均匀、平稳地向前稍作弧线移动, 并保持恒定的电弧长度, 送丝量应注意根据熔池熔合情况而定。在不添加丝时, 弧长为1~2 mm;添加丝时, 弧长为2~5 mm。视力要保持集中, 当熔池未达到熔化时, 焊枪移动时可作稍微停留, 当母材达到一定的熔深后, 再添加焊丝, 向前移动。添加焊丝要配合焊枪的运行动作, 在焊接坡口处尚未达到熔化温度时, 焊丝处于熔池前端的氩气保护区内, 当熔池加热到一定温度后从熔池边缘送入焊丝。另外, 焊接时严禁“打钨极”, 即严禁钨极与焊丝或钨极与熔池接触。
(8) 熄弧:当一条焊缝即将焊完时, 勿在焊缝处收弧, 填满弧坑后, 应将电弧移出管边外位置收弧, 并且熄弧后不可立即提起焊枪, 高温状态下的熔池仍需气体保护, 一般滞后3~5 s气体保护为宜, 直到钨极及熔池区域稍冷却以后, 才停止送气并抬起焊枪, 否则焊缝表面容易氧化产生缩孔或裂纹。
(9) 焊后处理:为使工件缓慢降温, 使焊缝得到良好的机械性能, 焊后应用石棉铺盖, 减少焊接应力, 防止裂纹产生。
4 焊后检验结果
待焊件完全冷却后, 用钢丝刷将焊缝表面擦干净, 进行检查:
(1) 外观检查:焊缝成形美观, 无裂纹、无焊不透、无气孔等缺陷。
(2) 水压试验:对管板焊缝进行0.7 MPa水压试验, 保压2小时无渗漏现象, 一次性成功。
5 结束语
实践证明:采用钨极Ar弧焊接薄壁铜小管与低合金钢异种金属, 只要焊接方法、焊接材料、焊接工艺、操作技巧得当, 不但工艺简单、操作方便, 而且不用预热, 省时、省力、节约成本, 可有效地防止铜管缝隙泄漏的问题, 并且保证焊接质量。产品投入以来, 一直运行良好。
摘要：以肇庆技师学院化机厂生产的100 m3/min后冷却器为例, 针对薄壁铜小管与低合金钢之间焊接易产生裂纹、气孔和未熔合等缺陷, 通过分析二者的焊接性能, 探索性地采用了Ar弧焊接工艺, 创新了该类产品的焊接技术和方法, 且焊后检验合格。结果表明:该技术和方法可行, 可保证产品焊接质量。
关键词：薄壁铜小管,低合金钢,Ar弧焊接
参考文献
[1]王绍林.焊工工艺[M].北京:中国劳动出版社, 1992.
[2]黄文哲.焊工手册[M].北京:机械工业出版社, 1991.
[3]张应立.新编焊工手册[M].北京:金盾出版社, 2004.
[4]王洪.实用焊工手册[M].北京:机械工业出版社, 2010.
等离子弧焊接 第7篇
西气东输二线工程 (简称西二线) 西起新疆霍尔果斯口岸, 南至广州, 途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、河南、湖北、江西、湖南、广东、广西等10个省区市, 干线全长4895千米, 是我国第一条引进境外天然气的大型管道工程, 也是世界上距离最长的天然气输送管道。根据物体热胀冷缩原理, 几十公里长输管线经应力应变的累积叠加, 发生的位移是非常明显的。如若这些应力应变不能在压气站外完全释放, 势必会造成压气站进出站位置清管三通90°角部位的撕裂及收发球筒的位移。为保证管线安全运行, 必须采取措施在压气站外完全释放掉这些应力应变。由于西二线西段管线长期受到所经地区气温昼夜变化大的原因, 造成埋地管线累积应力应变值超过设计理论值, 这些应变值释放最终表现在各压气站收发球筒位移上。为保证管线安全运行, 在压气站外完全释放掉这些应力应变, 首先采取了对西二线西段出站清管三通处焊接加强弧板、筋板并浇筑环氧树脂灌浆料的组合施工方法, 其中加强弧板、筋板焊接平面示意图见图1所示。 (说明:图中1—X80管线上Q345B弧板;2—Q345B主筋板;3—Q345B加强筋;4—X70管线上Q345B弧板) 。
加强弧板与X80主管线及X70越站管线出站清管三通处的环形角焊缝焊接, 弧板之间的纵向直焊缝焊接、筋板之间的角焊缝焊接以及筋板与弧板之间的角焊缝焊接。主要焊接施工难点有:
(1) 加强弧板与管线之间环形角焊缝焊接属于在役高压管线一级动火焊接, 管线正常运行压力为11Mpa。
(2) 正值冬季施工, 气温异常, 风力大, 新疆及甘肃地区极端最低气温达-25℃;
(3) 施工作业面狭窄, 且作业坑内电缆、光缆及其它设施较多, 焊接作业面受限。
2 弧板、筋板焊接的质量控制
影响弧板、筋板焊接质量的因素很多, 但归纳起来主要有五个方面, 即人、材料、机具设备、方法和环境。主要从这五个方面逐一分析在低温高压下如何做好清管三通加强弧板、筋板焊接的质量控制。
2.1 人的因素
人是工程项目建设的主体。焊工是本工程焊接作业中的中坚力量, 焊工的素质和技能直接关系着焊接质量的好与坏, 持证上岗是保证焊工素质的重要管理措施, 也是本工程严格要求的。所有参加本工程的焊工都通过了中国石油管道焊接培训中心 (以下简称焊培中心) 培训和考试。焊接质检人员、技术人员也是不可忽视的群体, 选择责任心强、实践经验丰富的人员到管理岗、技术岗, 能够及时有效地监督焊工焊接作业, 发现质量问题及时制止。因此, 坚持以人为本的原则, 管理好焊工及焊接质检人员、技术人员是控制弧板焊接质量的第一步。
2.2 工程材料
工程材料是工程质量的基础, 正确选用工程材料是质量控制的关键。根据设计要求及焊培中心提供的焊接工艺规程, 本工程主要材料有三种:弧板材质选用Q345B (30m m厚) , 筋板材质选用Q345B (主筋50m m厚, 加强筋30 mm厚) , 焊接材料选用E5015-G焊条 (Φ3.2和Φ4.0) 和E5515-G焊条 (Φ3.2和Φ4.0) , 其中E5015-G焊条用于弧板与X70管线的焊接、筋板之间的焊接、X70管线上筋板与弧板的焊接, E5515-G焊条用于弧板与X80管线的焊接、X80管线上筋板与弧板的焊接。所有材料进场前, 相关人员要检查材料的出厂合格证、材质报告单、质量证明书等文件。施工前, 还应对进场材料按批量重新抽取检验, 检验单位选择有资质的国家机构或部门。本工程材料质量控制的另一重点是对弧板的加工及去应力退火处理。弧板加工的好与坏, 直接影响着弧板的组对焊接。施工期间, 将弧板加工质量作为一个里程碑工序重点控制。
2.3 机具设备
施工机具设备质量的优与劣, 也是弧板焊接质量控制的重要因素之一。它们的类型是否符合工程施工特点, 性能是否先进稳定, 操作是否方便安全等, 都将会影响弧板焊接的质量。本工程主要使用焊接机具设备见表1。其中各类测量仪器和计量器具在使用前必须经有资质的检验部门或鉴定机构校核, 在规定期限内使用。
2.4 方法
在工程施工中, 施工方案是否合理, 施工工艺是否先进, 施工操作是否正确, 都将对工程质量产生重大影响。本工程焊接施工方案主要根据设计文件及图纸、焊培训中心提供的焊接工艺规程以及相关的规范、标准来编制完成的。其中弧板、筋板焊接流程如图2所示。施工期间, 严格把关工序交接, 坚持每道工序计量参数是检验把关的要点, 不能低于设计值。重点工序参数计量是质量控制的里程碑点, 不能逾越。
2.5 环境条件
环境条件往往对工程质量产生特定的影响, 本工程存在有环境温度<0℃, 环境湿度>90%R H, 环境风速>5m/s, 雨雪天气等四个不利的环境条件, 按照有关规程, 如无有效防护措施, 不得进行焊接作业。在冬季施工期间, 为保证施焊环境条件不超标, 首先采取搭设防风保温棚的临时措施。其次, 作业坑尺寸开挖大小也是影响焊接质量的一项环境因素, 在有限的作业坑空间内, 必须保证足够的焊接作业面, 便于焊工焊接作业。一般情况下, 作业面宽度不小于50cm。再次, 施工管理组织机构是否合理、管理制度是否健全等施工管理环境, 都将影响焊工的焊接质量。最后, 周边环境对焊接的质量控制也间接产生着一定的影响, 施工期间, 开挖的作业坑内经常遇到光缆、电缆等附属设施, 极大地限制了焊工的作业范围和弧板、筋板组对焊接。解决的途径只有小心、细心和耐心焊接。
3 结论
(1) 在低温高压下, 采用E5515-G焊条在X80高强钢管线焊接Q345B弧板是可行的, 它是国内首次采用低氢焊条在X80高强钢、高压不停输管线下焊接异种材质的一次成功应用;
(2) 人、机、料、法、环是分析焊接质量控制的五大因素, 它们有轻重之分, 但任何一个因素都不可忽视;
(3) 弧板加工尺寸直接影响着弧板在管线上的组对间隙, 它控制着弧板与管线之间的接触紧密度、环形角焊缝的间隙大小以及弧板之间纵向直焊缝的间隙大小, 间接控制着焊缝的焊接质量;
(4) 弧板与管线之间环形角焊缝的焊接是本工程危险度最高的施工质量控制点, 属于在役高压管线焊接一级动火。在施焊前, 必须对在役管线壁厚进行复测, 通过公式计算管线应降压数值, 当压力降到计算值后, 方能进行焊接。
摘要：本文简要介绍了我国西气东输二线工程西段出站清管三通处加强弧板与筋板焊接项目概况, 重点从分析影响其焊接质量的人、机、料、法、环五大因素出发, 提出施工企业做好低温高压输气管线清管三通加强弧板与筋板焊接质量控制的途径。
关键词：输气管线,低温高压,焊接,质量控制
参考文献
[1]中国石油天然气管道工程有限公司, 西气东输二线管道工程收发球筒位移处理方案, 2011.11
[2]中国石油管道焊接培训中心, 西二线西段收发球筒位移处理焊接工艺规程, 2011.12
等离子弧焊接 第8篇
由河南省煤科院耐磨技术有限公司、河南省煤炭科学研究院有限公司和山西焦煤爱钢装备再制造有限公司共同完成的“微弧等离子精细熔覆技术与设备的研究”项目于2013年6月荣获河南省工信厅科技成果一等奖。该项目针对镐型截齿上锥部表面易磨损、寿命短等问题, 取得了重大创新突破: (1) 首创了截齿表面微弧等离子熔覆与二次注入陶瓷的复合工艺, 制造出了具有高硬度、高耐磨、无火花的高寿命截齿; (2) 首次研发了截齿专用高效数控熔覆设备, 其中微量精确送粉装置填补了国内外空白。经由中国工程院院士带队的专家组对该项目进行了成果鉴定, 获得了“国际领先水平”的技术评价。工业性试验表明:依据该项目技术生产的耐磨无火花截齿耐磨性能优良, 其使用寿命远远超过国内外品牌截齿, 强化效果显著。