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不銹鋼管自動非熔化極惰性氣體鎢極保護焊環焊工藝研究
發布者:不銹鋼管廠(www.858693.live) 發布時間:2019/12/5 閱讀:518

   針對不銹鋼軌道客車空調冷凝水排水管與車頂及底架的焊接,以及底架制動管路之間的焊接問題,開發了自動非熔化極惰性氣體鎢極保護焊(TIG)環焊工藝,解決了焊接密封性問題。探索管-管自動TIG焊工藝在不銹鋼軌道車輛管道連接中應用的可行性,開發了管-管對接夾具及機頭,研究了不銹鋼管對接焊接工藝參數選定,以及焊接接頭組織特征及性能,為不銹鋼軌道客車焊接新工藝的制定提供參考依據。

   不銹鋼軌道客車的空調排水管位于司機室和客室地板下面,用于空調工作中水分的排出,需要滿足密封、耐腐蝕等方面的要求。目前,排水管采用手工焊接方式安裝,存在車上焊接工況。因受位置限制,車上手工焊接無法實現滿焊,容易造成漏水問題,因此,探索管-管自動非熔化極惰性氣體鎢極保護焊(TIG)工藝在不銹鋼車體管道安裝中的應用具有重要意義。

  目前,全位置環縫自動TIG焊設備多采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)逆變式脈沖電源,電流輸出精度在±1%以內,并采用微處理器程序控制,對焊接電弧可進行位置分區控制,即可以對平焊位區段、下坡焊區段、仰焊位區段及上坡焊區段的焊接工藝參數分別進行控制。由于全位置自動TIG焊具有焊接質量好、效率高、易操作等優點,加之國內管-管自動TIG焊機裝備水平的提高,近年來在國內管道安裝中得到了廣泛應用。

   國內市場上不銹鋼管道環形焊接設備型號較多,如華恒、寶麗蘇迪等品牌,可以滿足管道中心距離板式障礙物僅50mm的現場施工條件。本文研究選擇昆山華恒焊接股份有限公司生產的1200程控焊接電源、H-3000管-管密封式全自動TIG空冷焊接機頭、鋁合金27mm夾具作為焊接設備,開展焊接試驗研究,同時開發管-管對接夾具,確定不銹鋼鋼管對接焊接工藝參數,研究焊接接頭組織特征及性能,為不銹鋼軌道安裝焊接新工藝的制定提供參考依據。

一、試驗材料及方法

1.1 試驗材料

   管-管對接的試驗材料采用0Cr18Ni9不銹鋼,兩個管子尺寸不同,一個管材外徑27mm、壁厚2mm、長度150mm,另一個管材外徑27mm、壁厚3mm、長度150mm。其中,不銹鋼材料滿足JIS G4305標準中規定的化學成分、力學性能及其他要求,其化學成分和常規力學性能如表所示。

1.2 試驗設備

   焊接設備選擇Arc Orbital 1200程控焊接電源、H-3000管-管密封式全自動TIG空冷焊接機。焊槍是為各種管件對接而設計的密封式全位置TIG管-管(不加焊絲)焊槍。焊接前在密封腔內充保護氣體,保證焊縫得到良好的保護。槍體與夾具體內進行水冷卻。焊槍與程控焊接電源配套使用,可實現全位置管-管TIG精密焊接,焊接重現性高,焊接效果好。

二、試驗結果及分析

2.1 X射線檢測結果分析

  對全位置自動TIG焊焊縫目測觀察,可見焊道完整,焊縫外觀成形均勻,過渡平滑,焊縫表面無裂紋出現,無明顯咬邊、裂紋等缺陷,色澤正常,引弧及熄弧處有足夠的搭接,無未熔合或過燒缺陷。按照承壓設備標準(JB/T 4730.2—2005Ⅱ級)和照相質量(AB級)要求,委托遼寧勞安無損檢測有限公司進行檢測,檢測結果顯示,所有兩種壁厚組合各45根管的焊接均符合標準。

2.2 接頭拉伸強度分析

  參照ISO 4136—2001《金屬材料焊縫破壞性試驗—橫向拉伸試驗》中規定的程序對拉伸試樣進行抗拉強度試驗。接頭試驗合格的標準為:拉伸試樣為同種母材時,每件試樣的抗拉強度應不低于母材標準值的下限;無論數量多少,每件試樣的抗拉強度都應符合該條規定。試驗采用帶肩拉伸試樣,焊接參數為:焊接電壓9.5V,焊接電流90A,焊接速度100mm/min,氬氣保護流量15L/min,鎢級伸長30 mm。編號11~20焊接接頭平均抗拉強度為696.67N/mm2,焊接接頭性能最好,斷裂處基本位于1/3處(見圖4a));31~40號次之;編號1~10平均抗拉強度最低,斷裂位置大部分為焊縫處,拉伸結果對比如圖所示。

2.3 接頭彎曲強度分析

  參照ISO 5173—2000《金屬材料焊縫破壞性試驗—彎曲試驗》中規定的程序對彎曲試樣進行彎曲試驗。接頭試驗合格的標準為:彎曲試樣達到規定的彎曲角度(180°)后,其受彎面出現長度大于1.5 mm的任一裂紋或缺陷則不合格;無論數量多少,每件試樣均應符合該條規定。試樣彎曲180°后,對焊接接頭進行外觀觀察,均未發現存在裂紋的情況。

2.4 接頭顯微硬度分析

  參照ISO 9501.1—2001《金屬材料焊縫破壞性試驗—硬度試驗—電弧焊接頭硬度試驗》中規定的程序進行硬度測定。對焊接接頭的維氏硬度檢測區域包括焊縫、熱影響區(左右)及母材(左右)。硬度檢測主要用于對比接頭各區域性能上的差別,分析時效軟化的微觀機理。根據硬度試驗數據可知:焊縫中心處硬度最高,其次為熱影響區,最后為母材;所有焊接工況下的焊接接頭硬度相差不大。

2.5 接頭宏觀及微觀組織分析

  用目視或20~30倍的光學放大鏡檢查經侵蝕的接頭表面,確定其宏觀組織及缺陷類型。對材料的不均勻性、宏觀組織的分布和類型進行檢測評定,同時研究焊縫組織特征,積累焊縫熔深與熔寬數據。由圖可見,焊接接頭形狀呈梯型結構,管子外側焊接熔寬1~10號焊接接頭較窄(平均4.61cm),11~20號焊接接頭較寬(平均5.09cm),所有焊接接頭形貌較好,均已焊透。通過微觀組織分析,管-管TIG自動環焊焊縫組織均為典型的柱狀奧氏體枝晶,而熔合區奧氏體呈不規則的等軸晶形態。

  浙江宏盛特鋼有限公司通過實驗研究最終結論如下:

  (1) 為了解決不銹鋼軌道客車空調管道焊接密封不嚴、焊不全問題,根據實際生產條件,采用密封式自動TIG環焊夾具及焊接機頭進行焊接可解決該問題并具有可行性。

  (2) 對于壁厚為2mm的不銹鋼管材,通過焊接接頭無損檢測、拉伸、彎曲、硬度等試驗,以及宏觀、微觀組織分析,得出以下結論:采用焊接電壓9.5V、焊接電流90A、焊接速度100mm/min、氬氣保護流量15L/min、鎢級伸長30mm的焊接參數,能夠使焊接接頭性能相對較好。

 (3) 對于壁厚為3mm不銹鋼管材,通過焊接接頭無損檢測、拉伸、彎曲、硬度等試驗,以及宏觀、微觀組織分析,得出以下結論:采用焊接電壓為9.5V、焊接電流78A、焊接速度85mm/min、氬氣保護流量15L/min、鎢級伸長30mm的焊接參數,能夠使焊接接頭性能相對較好。

  (4) 采用環縫全位置自動TIG焊機焊接不銹鋼管,其焊縫的硬度、拉伸性能均好于母材,其宏觀形貌呈梯形結構,焊縫中心組織為典型的柱狀奧氏體枝晶,熔合區奧氏體呈不規則的等軸晶形態。

 
 

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