管子环缝的A-TIG焊研究(新技术新工艺).docVIP

20#钢管全位置A-TIG焊接接头组织及性能的研究 吴军 方建筠 （山东电力研究院，济南250002） 摘要：采用A-TIG焊接技术对20#钢Φ57×5的管子进行全位置焊接，对得到的焊接接头进行射线探伤和力学性能测试，结果表明接头质量均达到标准要求，接头的显微组织优于普通TIG焊接接头。A-TIG这一新型高效的焊接技术对于管子焊接安装，提高效率，降低成本具有极大的工程意义。 关键词：A-TIG焊接 活性焊剂 环焊缝 焊缝质量 组织 中图分类号：TG444.74 文献标识码：B A-TIG焊接技术是基于TIG焊的焊接新工艺。电厂锅炉水冷壁管(20#钢)的焊接安装大多采用普通TIG焊，5mm厚的管子一般需要开坡口，焊接3~4道，如果能将A-TIG焊接技术应用于锅炉管子环焊缝的焊接，既能继承TIG焊焊接质量良好的优点，又可以不开坡口，一道焊透，再加盖面焊即可。这是因为A-TIG焊可以大幅增加熔深，提高焊接生产率，克服TIG焊因单道焊熔深小、焊接生产率低等缺点[1~2]。据报道[3]，在不开坡口，不使用填丝的情况下，采用A-TIG焊可将12mm厚的碳锰钢一道焊透，实现单面焊双面成形。本研究采用A-TIG焊接技术对水冷壁用20#钢Φ57×5的管子进行全位置焊接，测试焊接接头的质量及力学性能，探讨A-TIG焊接技术应用于电力建设的可行性。 实验方法 1.1 实验材料 实验选用的20#钢无缝管尺寸及成分见表1。该管的抗拉强度为490MPa，屈服强度是320MPa，延伸率δ5为30 %。 表 1 试验用管材尺寸及化学成分 管材 尺寸 化学成分 C Si Mn S P Ni Cr Cu 20# Φ57×5 0.17~0.24 0.17~0.37 0.35~0.65 ≤0.04 ≤0.04 ≤0.25 ≤0.25 ≤0.25 盖面焊丝H08Mn2Si 1.2 焊接方法及工艺参数 采用TWA-I型活性氩弧焊自动焊管系统对管子进行A-TIG焊，焊前管道外壁喷涂氧化物型活性剂，在焊接时不填充焊材，且不开坡口。焊接工艺参数见表2。试验完成3个焊接接头。 1.3 射线探伤和组织性能 焊好的管子用DMax-Yc型射线仪进行射线检测。焊接接头经X射线探伤合格后，采用机械加工截取金相试样和力学性能测试试样，按《焊接工艺评定规程DL/T868-2004》要求分别加工成拉伸、面弯、背弯及晶相试样。在加工试样时将焊缝余高用机械方法去除，使之与母材齐平。 切割的金相试样，用4%的硝酸酒精浸蚀，然后用MEF-4M光学显微镜下观察晶相组织。将制备的拉伸及弯曲试样在WES-600D液压万能试验机上测试焊接接头的抗拉强度和抗弯性能。 表 2 焊接工艺参数 材质 20# 钨极角度 20° 坡口型式 I型 规格 φ57×5 钨极高度 3-4mm 焊接方式 全位置焊接 前气时间 2 起弧电流 30A 缓升电流 4A 打底电流 105A 脉冲峰值电流 130A 占空比 50 脉冲频率 0.8 脉冲基值电流 30A 衰减时间 6 收弧电流 20 延气时间 10 管道直径 57 预热时间 10 打底叠量 10 盖面叠量 10 反抽时间 5 拖弧速度 60 拖弧长度 10 氩气流量 10(L/min) 打底速度 (mm/min) 盖面速度 (mm/min) V1-V4 42、48、49、50 V1-V4 100、100、70、70 V5-V8 53、56、56、56 V5-V8 55、55、45、45 V9-V12 56、55、55、55 V9-V12 45、45、45、45 V13-V16 60、62、62、60 V13-V16 45、45、45、45 V17-V20 62、58、64、65 V17-V20 45、45、45、45 V21-V24 66、65、70、75 V21-V24 43、43、50、50 注：表中未注长度单位为mm 时间单位为s 实验结果与分析 2.1 质量检验 采用A-TIG全位置焊后的20#钢Φ57×5的管接头如图1所示。 图 1 焊缝接头的外观 图 2 焊缝接头的X射线片 从焊接接头的外观上看，3个试样的A-TIG焊缝成形较好，焊缝表面波纹细密，边缘过渡圆滑，无咬边现象，只有2#接头的焊缝根部有内凹，但不影响评级。外观检验合格。射线探伤质量评级1和3#接头均为I级，2#试样出现一处气孔，焊缝质量评级为II级。焊缝的X射线片见图2。按照DL/T868-2004《焊接工艺评定规程》规定，管状试件的焊缝质量不低于II级，因此A-TIG焊得的3个试样均合格。 2.2 焊接接头的组织 图3为母材和焊接接头的组织图。 （a）母材（200倍） (b) 打底（A-TIG）焊缝 (b) 盖面（普通TIG）