小管徑水平固定全位置TIG焊接技術(shù)

巢杰，楊杰，吳永福，于吉恒，程超

1.常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 江蘇常州 213011

2.中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇南京 210031

1 序言

TIG小管徑水平固定對(duì)接，焊接位置從仰焊位，經(jīng)過(guò)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(yīng)隨著管壁弧度不斷變化進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)需要雙手協(xié)調(diào)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(duì)接為例，根據(jù)管壁厚度，采用3層3道焊接，操作中將管子分為左右兩個(gè)半圓進(jìn)行焊接。

2 焊接工藝

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

圖1 鈰鎢極加工

（2）焊前準(zhǔn)備 認(rèn)真清理管子坡口正反面，20mm范圍內(nèi)進(jìn)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(zhì)量和美觀。

小徑管定位焊時(shí)，為減少處理接頭的時(shí)間，保證良好的焊接質(zhì)量，應(yīng)盡量減少定位焊點(diǎn)，可以只固定一點(diǎn)。通常起焊處在6點(diǎn)位，因此定位點(diǎn)可設(shè)置在12點(diǎn)位（見(jiàn)圖2）。定位焊完成后，可用打磨機(jī)或鋼鋸將定位焊點(diǎn)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(diǎn)位置

（3）焊接參數(shù) 選用奧太焊機(jī)，具體焊接參數(shù)見(jiàn)表1?？紤]到12點(diǎn)的位置收縮量較大，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整上下間隙，上面間隙略大于下面間隙。噴嘴與焊件應(yīng)保持合適距離，距離過(guò)長(zhǎng)時(shí)，氬氣保護(hù)效果變差，距離過(guò)近時(shí)，不但會(huì)干擾熔池成形，焊工視線也會(huì)受到阻礙，噴嘴至坡口距離一般為5～10mm[1]。

表1 焊接參數(shù)

3 焊接要求及過(guò)程

TIG小管徑水平固定對(duì)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(jìn)行X射線檢測(cè)。底部5～7點(diǎn)位置不允許定位焊，定位點(diǎn)長(zhǎng)度≤15mm。

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

圖3 焊槍角度

4 焊接要點(diǎn)

（1）打底焊 打底焊是管對(duì)接接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。對(duì)于TIG小管徑水平固定對(duì)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(zhǎng)度，以防止底部6點(diǎn)金屬液下墜，頂部12點(diǎn)背面形成焊瘤，同時(shí)要求焊縫表面平整，坡口兩邊熔化良好。

1）焊接過(guò)程中，要隨時(shí)觀察熔池的形狀，調(diào)整好焊槍角度和焊接速度，焊槍與管兩側(cè)分別呈90°，防止熔孔擴(kuò)大出現(xiàn)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(shí)比較關(guān)鍵，要延遲保護(hù)氣體輸送，防止產(chǎn)生收縮孔，收弧不宜突然，否則容易產(chǎn)生收縮孔，可將電弧引至坡口的一側(cè)緩慢收弧，防止焊縫中間出現(xiàn)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(xiàn)內(nèi)凹、未熔合和焊瘤。另外，焊接時(shí)應(yīng)盡可能縮短在高溫區(qū)的停留時(shí)間，在保證完全焊透、全熔合的情況下，通過(guò)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(lǐng)。在仰焊部位6點(diǎn)處后移半個(gè)鐘點(diǎn)引弧進(jìn)行焊接，焊接操作順序如圖4所示。打底層焊接時(shí)必須控制鎢極伸出長(zhǎng)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(yùn)動(dòng)，母材熔化后，才可往熔池中填充焊絲（見(jiàn)圖5），焊絲沿坡口的上方送到熔池后，并將焊絲向熔池順勢(shì)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(shí)，焊槍要緩慢地勻速向前移動(dòng)，角度要隨管子弧度及時(shí)調(diào)整，直至焊完前半圈，在水平位置時(shí)鐘12點(diǎn)處收弧。焊接過(guò)程中要嚴(yán)格控制好熔池溫度、焊接節(jié)奏和送絲量，防止出現(xiàn)焊縫過(guò)高、燒穿、脫節(jié)、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(jìn)行左半圈焊接。焊前對(duì)焊縫進(jìn)行適當(dāng)清理，6點(diǎn)位置可以使用鋼鋸，鋸出斜坡口，便于焊透。引弧點(diǎn)可在5點(diǎn)半位置，當(dāng)固態(tài)焊縫轉(zhuǎn)化為液態(tài)熔池并產(chǎn)生熔孔后，可填加焊絲進(jìn)行焊接，操作手法如同右半圈，焊至12點(diǎn)位。

熔池的溫度和熔孔的大小對(duì)比如圖6所示。

圖6 溫度與熔池對(duì)比

（2）填充焊 焊接時(shí)，先行清理打底焊縫氧化皮，焊接時(shí)焊槍橫向擺動(dòng)寬度比打底焊略寬、焊接速度略慢，電弧至坡口兩側(cè)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(shí)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(gè)重要問(wèn)題是對(duì)層間溫度和層間時(shí)間必須加以控制。前一層和后一層的焊接時(shí)間應(yīng)盡可能地控制在幾分鐘內(nèi)，前一層焊縫有預(yù)熱作用，層間溫度等于預(yù)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(yīng)與前兩層錯(cuò)開(kāi)，可以確保焊縫內(nèi)部質(zhì)量，焊槍還是應(yīng)始終與管面弧度保持在80°～90°，從引弧處前半個(gè)鐘點(diǎn)左右引弧往回拉起弧并稍作停留，然后橫向鋸齒運(yùn)條，直至填滿弧坑再收弧。

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

當(dāng)管焊縫色澤呈現(xiàn)灰黑色時(shí)，可從以下方面查找問(wèn)題：①焊接電流偏大。②焊接節(jié)奏偏慢。③焊絲添加量偏少。

對(duì)應(yīng)措施：①減小焊接電流。②加快焊接速度。③焊絲添加適當(dāng)多些。④加強(qiáng)控制熱輸入量。

5 結(jié)束語(yǔ)

TIG焊焊接過(guò)程穩(wěn)定，不產(chǎn)生飛濺，保護(hù)效果好，熱影響區(qū)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(duì)有色金屬的焊接，效果更佳。