CN103447669A - 一种用于核电站管道自动打底焊接方法及其弯钨极 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于核电站管道自动打底焊接方法及其弯钨极，其中焊接方法，包括步骤：将管道的坡口进行焊前组对；采用弯钨极对组对坡口进行打底焊接；弯钨极包括电极主体，电极主体的一端为削尖的尖端部，尖端部相对于电极主体弯折形成折弯部，折弯部的顶端位于电极主体轴心线的一侧。本发明通过采用弯钨极对组对坡口进行打底焊接，降低了对坡口组对尺寸的要求，从而降低了技术难度，且能降低钝边被熔透的风险和钨极在焊接过程中碰到坡口侧壁的风险，减少对管道坡口造成破坏及粘钨等，能缩短焊接工期，提高焊接质量。

Description

一种用于核电站管道自动打底焊接方法及其弯钨极

技术领域

本发明涉及核电技术领域，更具体地说，涉及一种用于核电站管道自动打底焊接方法及其弯钨极。

背景技术

随着科技的不断发展，生产力的不断提升，管道焊接技术已经由以前的手工焊逐渐转为自动焊。由于自动焊技术具有可提高焊接质量、减少焊接缺陷、减少焊材消耗、缩短焊接工期、降低焊接成本等优势，因此在管道焊接领域得到了广泛的应用。

目前的管道自动焊接工艺中，根部打底焊接一般是采用直钨极，其对管道坡口组对有较高的要求，在管道坡口组对状况不理想的情况下，往往会将管道坡口钝边熔透击穿，造成无法继续使用自动焊技术打底焊接，且必须经过较繁琐的返修流程，同时焊缝质量也无法得到有效保证。

例如，现有的大口径厚壁管道窄间隙自动焊技术中，要求管道坡口有一定钝边，组对间隙为0-1毫米，组对错边为0-1.5毫米，采用直钨极进行焊道打底焊接。如果坡口组对状况不是很理想（组对间隙大于0.8毫米，组对错边大于1毫米），则打底焊接过程中很容易将坡口钝边熔透，使得自动焊接无法正常进行，而必须使用手工焊从内部填补，保证自动焊后续的进行。而且由于焊接力学性能的要求，还必须在管道完成焊接后，从内部将手工焊部分作为缺陷挖除，然后重新补焊，检验合格。

虽然上述技术方案在具体操作时，可将直钨极靠近管道坡口一侧进行起弧焊接，但是这样钨极容易碰到坡口侧壁，对管道坡口造成破坏，从而难以继续焊接。

因此，现有的管道自动焊接技术存在以下缺陷：

1、对管道坡口组对尺寸要求较高，一般大厚壁管道会连接设备，而管道坡口组对要求较高则会影响设备的定位，技术难度大；

2、打底焊接可靠性低，出现钝边熔透的风险较大；

3、一旦坡口钝边熔透后，从内部补焊工序增加，影响焊接工期和焊缝焊接质量，如果是在役核电主设备更换，则面临着高辐射的危险；

4、在焊接中调整钨极对中位置，将直钨极靠近管道坡口一侧进行起弧，则钨极容易碰到坡口侧壁，对管道坡口造成破坏，从而难以继续焊接。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种对管道坡口组对要求低、钝边熔透风险低、能缩短焊接工期、提高焊接质量的用于核电站管道自动打底焊接方法及其弯钨极。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种核电站管道自动打底焊接方法，包括步骤：将管道的坡口进行焊前组对；还包括步骤：采用弯钨极对组对坡口进行打底焊接；其中，所述弯钨极包括电极主体，所述电极主体的一端为削尖的尖端部，所述尖端部相对于所述电极主体弯折形成折弯部，所述折弯部的顶端位于所述电极主体轴心线的一侧。

本发明所述的焊接方法，其中，所述采用弯钨极对组对坡口进行打底焊接的步骤具体包括：

第一道打底焊接时，采用弯钨极靠近一侧管道坡口钝边起弧焊接；

打底焊接包括一道或多道，在包括多道时，第二道打底焊接的弯钨极靠近第一道焊道起弧焊接。

本发明所述的焊接方法，其中，所述打底焊接所采用的电流峰值为100±5A，电流基值为70±5A。

本发明所述的焊接方法，其中，所述打底焊接所采用的线性速度为2.5±0.2ipm。

本发明所述的焊接方法，其中，所述打底焊接所采用的焊丝速度峰值为50±2ipm，焊丝速度基值为24±2ipm。

本发明所述的焊接方法，其中，所述打底焊接所采用的峰值电压为10.5±0.5V。

本发明所述的焊接方法，其中，所述打底焊接所采用的频率为2.0pps。

本发明所述的焊接方法，其中，所述打底焊接所采用的占空比为50%。

本发明还提供了一种用于核电站管道自动打底焊接的弯钨极，包括电极主体，所述电极主体的一端为削尖的尖端部，其中，所述尖端部相对于所述电极主体弯折形成折弯部，所述折弯部的顶端位于所述电极主体轴心线的一侧。

本发明所述的弯钨极，其中，所述折弯部相对于所述电极主体弯折的角度为30～60°。

本发明所述的弯钨极，其中，所述折弯部为圆台形，且所述折弯部的任意两条母线延长后夹角为30～60°。

本发明所述的弯钨极，其中，所述圆台的上底面直径为0.5～1mm。

本发明所述的弯钨极，其中，所述折弯部的顶端距离所述电极主体横截面所在平面的距离为5～20mm。

本发明所述的弯钨极，其中，所述电极主体直径为3～4mm。

本发明的有益效果在于：通过采用弯钨极对组对坡口进行打底焊接，降低了对坡口组对尺寸的要求，从而降低了技术难度，且能降低钝边被熔透的风险和钨极在焊接过程中碰到坡口侧壁的风险，减少对管道坡口造成破坏及粘钨等，能缩短焊接工期，提高焊接质量。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明较佳实施例的核电站管道自动打底焊接方法焊接示意图；

图2是本发明较佳实施例的弯钨极结构示意图；

图3是本发明较佳实施例的弯钨极折弯部结构示意图。

具体实施方式

本发明较佳实施例的核电站管道自动打底焊接方法包括步骤：将管道的坡口2进行焊前组对；还包括步骤：采用弯钨极1对组对坡口2进行打底焊接，如图1所示；其中，弯钨极1包括电极主体11，电极主体11的一端为削尖的尖端部，尖端部相对于电极主体11弯折形成折弯部12，折弯部12的顶端位于电极主体11轴心线的一侧。这样通过采用弯钨极1对组对坡口2进行打底焊接，降低了对坡口组对尺寸的要求，从而降低了技术难度，且能降低钝边21被熔透的风险，和降低钨极在焊接过程中碰到坡口侧壁的风险，减少对管道坡口造成破坏及粘钨等，能缩短焊接工期，提高焊接质量。

上述实施例中，采用弯钨极1对组对坡口2进行打底焊接的步骤具体包括：第一道打底焊接时，采用弯钨极1靠近一侧管道坡口钝边21起弧焊接，如图1所示。上述打底焊接焊道可以根据坡口组对的尺寸及现场焊接状况灵活控制，可以直接打底焊接一道完成，也可以打底焊接几道完成。

在包括多道时，第二道打底焊接的弯钨极1靠近第一道焊道起弧焊接，依此类推。由于弯钨极1的折弯部12的顶端位于电极主体11轴心线的一侧，在第一道打底焊接时，弯钨极1的折弯部12可更加容易的靠近一侧管道坡口钝边21，即使坡口组对错边和组对间隙较大，也能顺利进行自动打底焊接，几乎没有坡口钝边熔透的风险，从而缩短焊接工期，提高焊接质量。

上述实施例中，如果进行第一道打底焊接时，坡口钝边已经被破坏，在进行第一道打底焊接时，采用弯钨极1靠近破坏侧坡口侧壁直接起弧，后续焊接可照常进行。因此，在坡口钝边被熔透的情况下，可直接打磨去除后继续焊接，避免了手工焊返修带来的焊接工期、焊接质量的影响，在役核电站管道维修焊接等情况下，则减少了辐射剂量。

上述各实施例中，如图1和图2所示，所采用的弯钨极1包括电极主体11，电极主体11的一端为削尖的尖端部，尖端部相对于电极主体11弯折形成折弯部12，折弯部12的顶端位于电极主体11轴心线的一侧。

其中，优选地，如图2和图3所示，弯钨极1的折弯部12相对于电极主体12弯折的角度为30～60°，即图2中角q的补角为30～60°。

优选地，如图3所示，折弯部12为圆台形，且折弯部12的任意两条母线延长后夹角a为30～60°；优选地，圆台的上底面121直径为0.5～1mm；优选地，折弯部12的顶端距离电极主体11横截面所在平面的距离h为5～20mm；优选地，电极主体11的直径d为3～4mm。

上述实施例中，优选地，打底焊接所采用的保护气体为氩气或者氩氦混合气体（氦气所占比例为0-40%）；所采用的电流峰值为100±5A，电流基值为70±5A；线性速度为2.5±0.2ipm；焊丝速度峰值为50±2ipm，焊丝速度基值为24±2ipm；峰值电压为10.5±0.5V；频率为2.0pps；占空比为50%。上述焊接工艺参数如下表1所示：

表1本发明焊接工艺参数

目前现有且较常用的全位置自动焊接方法均使用直钨极打底焊接，坡口组对要求为间隙小于1mm，错边量小于1.5mm，焊接参数如下表2所示：

表2现有技术焊接工艺参数

上述表2中的焊接工艺参数有一个明显的弊端，就是参数范围较宽，选取焊接参数时不能给操作者很好的指导意义，从而使焊接效果无法得到完全保障。为了验证这个问题，我们进行了相关试验。

下面详细介绍上述表1中所示的本发明焊接工艺中各参数范围的试验论证过程：

试验一：主要从外观、焊缝成型、焊接稳定性等方面对焊缝进行评估。

第一组：首先针对变化幅度较大的电流进行评估，其他参数均取中间值进行参考。选取20组管段，管段成垂直方向组对，即焊缝在360°焊缝位置都

一样，组对尺寸为间隙0，错变量0，采用直钨极，分别取上述参数表2中各参数范围的上下限进行试验焊接，试验分组及参数如下表3所示：

表3（试验一）第一组参数表

第二组：针对线性速度，即焊接机头的行走速度进行评估。电流根据第一组的试验效果选取，其他参数均取中间值进行参考，如下表4所示。

表4（试验一）第二组参数表

第三组：针对焊丝速度，即送丝速度进行评估。电流和线性速度分别根据第一、二组的试验效果选取，其他参数均取中间值进行参考，如下表5所示。

表5（试验一）第三组参数表

第四组：针对焊接电压进行评估，根据前几组试验进行选择其他参数，如下表6所示。

表6（试验一）第四组参数表

试验二：在试验一的基础上针对坡口组对的不同工况进行详细试验。

选取14组管段，管段成垂直方向组对，即焊缝在360°焊缝位置都一样，组对尺寸为间隙0-5mm，错变量0-3mm，采用弯钨极，在如下表7-1所示的参数范围内调整焊接，具体试验组焊接参数如下表7-2所示，观察焊接情况。

表7-1试验二参数表

表7-2试验二各分组试验焊接参数

试验二结论：调整后的试验参数可保证组对尺寸为间隙0-4mm，错变量0-2.5mm的工况下打底焊接的稳定性，此工况基本可满足一般工艺需求，此处便不再过多做试验。

试验三：在试验二的基础上，验证该参数管段呈水平方向组对焊接的情况。

选取4组管段，管段成垂直方向和水平方向组对，组对尺寸为间隙0-4mm，错变量0-2.5mm，采用弯钨极，在如下表8-1所示的参数范围内调整焊接，具体试验组焊接参数如下表8-2所示，观察焊接情况。

表8-1试验三参数表

表8-2试验三各分组试验焊接参数

由上述实验分析可得出上述表1所示的本发明自动打底焊接工艺参数，采用弯钨极，在组对尺寸为间隙0-4mm，错变量0-2.5mm的情况下，焊接效果稳定，对操作工的依赖性比较小，如果焊工经验提高，根据不同的工况，在范围内适当调整参数，能焊接出更好的效果。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (14)

1.一种核电站管道自动打底焊接方法，包括步骤：将管道的坡口进行焊前组对；其特征在于，还包括步骤：采用弯钨极对组对坡口进行打底焊接；其中，所述弯钨极包括电极主体，所述电极主体的一端为削尖的尖端部，所述尖端部相对于所述电极主体弯折形成折弯部，所述折弯部的顶端位于所述电极主体轴心线的一侧。

2.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述采用弯钨极对组对坡口进行打底焊接的步骤具体包括：

第一道打底焊接时，采用弯钨极靠近一侧管道坡口钝边起弧焊接；

打底焊接包括一道或多道，在包括多道时，第二道打底焊接的弯钨极靠近第一道焊道起弧焊接。

3.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述打底焊接所采用的电流峰值为100±5A，电流基值为70±5A。

4.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述打底焊接所采用的线性速度为2.5±0.2ipm。

5.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述打底焊接所采用的焊丝速度峰值为50±2ipm，焊丝速度基值为24±2ipm。

6.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述打底焊接所采用的峰值电压为10.5±0.5V。

7.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述打底焊接所采用的频率为2.0pps。

8.根据权利要求1所述的焊接方法，其特征在于，所述打底焊接所采用的占空比为50%。

9.一种用于核电站管道自动打底焊接的弯钨极，包括电极主体，所述电极主体的一端为削尖的尖端部，其特征在于，所述尖端部相对于所述电极主体弯折形成折弯部，所述折弯部的顶端位于所述电极主体轴心线的一侧。

10.根据权利要求9所述的弯钨极，其特征在于，所述折弯部相对于所述电极主体弯折的角度为30～60°。

11.根据权利要求9所述的弯钨极，其特征在于，所述折弯部为圆台形，且所述折弯部的任意两条母线延长后夹角为30～60°。

12.根据权利要求9所述的弯钨极，其特征在于，所述圆台的上底面直径为0.5～1mm。

13.根据权利要求9所述的弯钨极，其特征在于，所述折弯部的顶端距离所述电极主体横截面所在平面的距离为5～20mm。

14.根据权利要求9所述的弯钨极，其特征在于，所述电极主体直径为3～4mm。

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