CN106378518A - 一种用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的tig焊方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法，包括以下步骤：1.将对接环缝两侧筒节（1）的端部加工成V形内坡口，2.将加工好的坡口按照设计装配间隙d和设计错边量装配好，3.将坡口点焊固定，4.采用双面同时施焊的方式对环缝根部进行焊接，5.对环缝进行填充焊，采用本方法焊接而成的环缝，其反面成型良好，不需进行反面清根，环缝的焊接变形量也大幅减小，不仅能保证环缝在100%RT探伤时一次性合格还能满足产品的尺寸精度要求。

Description

一种用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法

技术领域

本发明涉及一种TIG焊方法，尤其是一种用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法。

背景技术

在核电或石油化工领域，需要用到盛装废液或其它中、轻度毒性介质的常压不锈钢容器，此类容器的结构特点是直径大（φ＞3000mm）、壁厚薄（＜6mm），且通常采用手工TIG焊来实现该类大直径薄壁不锈钢容器筒体工件环缝的单面焊双面成型，以满足焊缝RT探伤的要求。环缝位于坡口内侧的一面为环缝的正面，环缝位于坡口外侧的一面为环缝的反面，当采用单面焊双面成型的TIG焊对环缝根部进行焊接时，为了保证环缝反面成型良好，需要在环缝反面通惰性气体进行保护；目前采用的通气保护措施有两种：一种是在环缝反面安装专用背气保护工装，另一种是在焊接时由专人配合，在环缝反面手持气罩同步进行气体保护。前一种方式由于受限于产品自身结构的影响，导致该种方法在实施后，保护效果不佳；而后一种方式由于受环缝装配间隙尺寸的影响较大，当环缝局部间隙过小时，采用单面焊双面成型TIG焊无法实现环缝反面成型，一旦环缝反面出现严重氧化或成型不好，就需要对环缝进行反面清根；同时，由于清根深度不一，在进行反面焊接时容易出现烧穿，导致环缝最终焊完后会产生严重的焊接变形，椭圆度最大超过标准允许值30%，焊缝质量得不到保证，不能确保焊缝100%RT探伤一次性合格，也不能满足产品的设计尺寸精度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法，采用该方法对环缝进行焊接时，能将环缝正、反面一次性焊透，使环缝反面均匀成型，不需进行反面清根，同时还能减小环缝的焊接变形量，满足产品的尺寸精度要求，且几乎不会产生焊接缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法, 包括以下步骤：

（1）将对接环缝两侧直径大于3000mm、壁厚小于6mm的筒节的端部加工成坡口；

（2）将加工好的坡口按照设计装配间隙d和设计错边量装配好；

（3）将坡口点焊固定；

（4）然后采用双面同时施焊的方式对环缝根部进行焊接，具体包括以下操作：

首先采用位于环缝正面一侧的主焊枪在环缝根部以高频引弧方式引弧，待电弧稳定、熔池圆润后开始移动主焊枪进行焊接，当见到环缝反面一侧的钢板发红时，位于环缝反面一侧的副焊枪在环缝的反面偏后于主焊枪约5mm的位置处引弧，并以与主焊枪相同的焊接速度沿着主焊枪的焊接方向B开始与主焊枪同时焊接，焊接过程中，主焊枪填丝焊接，副焊枪不填丝焊接或少量填丝焊接，主、副焊枪同时对同一熔池进行加热。

由于主焊枪和副焊枪在环缝正反两面同时对同一熔池以相同的焊接速度进行加热焊接，电弧能量更集中，可以获得良好的熔深，能确保将环缝正、反面一次性焊透，使环缝反面均匀成型，从而不需对环缝反面进行清根；同时，主、副焊枪之间具有一定的间隔，可以起到相互保护的作用，使环缝的受热面积和热影响区减小，焊接应力也相应地减小，从而减小环缝的焊接变形量。

（5）对环缝进行填充焊。

进一步地，所述步骤（1）中的坡口为V形内坡口，且单侧坡口角度为30°±2.5°，坡口钝边高度H为1.5mm±0.5mm。

进一步地，所述步骤（2）中的装配间隙d为2.5mm～3.5mm，错边量≤0.5mm。

主、副焊枪均采用直流电源，主焊枪电流为80～85A，副焊枪电流为70～75A，主、副焊枪与筒节之间的锐角β均保持在80～85°之间，焊丝与筒节之间的锐角γ为15～20°。首先，主、副焊枪采用前述电流可以获得良好地的熔池深度，其次，使主、副焊枪与筒节之间的锐角β保持在80～85°之间和焊丝与筒节之间的锐角γ保持在15～20°，既可以很好地控制因焊接所产生的飞溅、熔合还能保证环缝反面的成型。

进一步地，对环缝根部的焊接采用左焊法，且焊接顺序采用分段对称间断焊，每焊完一段环缝时，环缝的正反两面需要同时收弧，收弧后继续充氩3～5s。环缝根部采用分段对称间断焊的焊接顺序，可以大幅减小焊接产生的热量，从而减小因焊接产生的大量热量而引起的焊接变形，环缝正、反面同时收弧，收弧后继续充氩3～5s，既可以起到相互保护的作用，以避免相互影响，还能减小热影响区及焊接应力。

进一步地，环缝填充焊的焊接顺序采用分段对称间断焊。环缝填充焊采用分段对称间断焊的焊接顺序，可以减小环缝填充时产生的焊接变形。

进一步地，所述坡口的点焊、环缝根部的双面同时焊及环缝的填充焊均采用手工TIG焊。

本发明的有益效果是：采用本方法焊接而成的环缝，其反面成型均匀、良好，不需进行反面清根，环缝的焊接变形量大幅减小，满足了产品的尺寸精度要求，同时，基本可以保证环缝在100%RT探伤时能一次性合格。

附图说明

图1是本发明采用的V形内坡口的结构示意图。

图2是本发明的主焊枪及焊丝与筒节之间的位置关系图。

图3是本发明在对环缝进行横焊操作时主焊枪、副焊枪及焊丝与筒节之间的位置关系图。

图中标记为：1-筒节，2-V形内坡口，3-主焊枪，4-副焊枪，5-焊丝，H-坡口钝边高度，d-装配间隙，α-坡口角度，β-主焊枪与筒节之间的锐角，γ-焊丝与筒节之间的锐角，B-焊接方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法, 包括以下步骤：

1.需要对焊的不锈钢筒节组对，其属于直径大于3000mm，壁厚小于6mm的大直径薄壁件，将对接环缝两侧的筒节1的端部加工成V形内坡口2，单侧坡口角度为30°±2.5°，即控制坡口角度α为60°±5°，坡口钝边高度H为1.5mm±0.5mm。

2.将加工好的V形内坡口2装配好，其中，装配间隙d为2.5mm～3.5mm，坡口的错边量≤0.5mm。

3.将装配好的坡口采用手工TIG焊点焊固定，点焊方式为沿着筒节圆周方向每间隔约20mm的距离即点焊一次，直至将坡口全部点焊完成。这样可以保证筒节的圆度要求，为后续减小环缝焊接变形量做好基础。

4.采用双面同时施焊的方式对环缝根部进行焊接，具体操作如下：

首先采用位于环缝正面一侧的主焊枪3在环缝根部以高频引弧方式引弧，待电弧稳定、熔池圆润后即开始移动主焊枪3进行焊接，当见到环缝反面一侧的钢板发红时，位于环缝反面一侧的副焊枪4在环缝的反面偏后于主焊枪3设计距离的位置处引弧，并以与主焊枪3相同的焊接速度沿着主焊枪3的焊接方向B开始与主焊枪3同时焊接，前述的设计距离通常为5mm左右；焊接过程中，主、副焊枪同时对同一熔池进行加热，主焊枪3填焊丝焊接，副焊枪4不填焊丝焊接或少量填焊丝焊接,即要求以主焊枪3完成主要的焊接工作，以副焊枪4辅助主焊枪3焊接以保证环缝反面的成型效果；当环缝反面成型较差，凹陷较深时，此时副焊枪4需要采用少量填焊丝焊接，以减小凹陷深度，保证环缝的反面成型，当环缝反面成型良好时，副焊枪4就采用不填焊丝焊接。

对环缝根部的焊接采用手工TIG焊，发明人经过多次调试后选取的焊接参数是：主焊枪3和副焊枪4与筒节1之间的锐角β为80～85°，焊丝5与筒节1之间的锐角γ为15～20°，主、副焊枪均采用直流电源，主焊枪3电流为80～85A，副焊枪4电流为70～75A，主、副焊枪的焊接速度基本同步并控制在80～90mm/min。

在对环缝根部进行焊接时使用左焊法，且采用的焊接顺序为分段对称间断焊，即将整条环缝沿着其圆周方向分成若干组以环缝所在圆的圆心为对称中心的环缝段，每段的长度根据筒节的具体外径大小确定，然后开始焊接前述各组环缝段中的任意一组，之后在焊接该组环缝段左侧的各组环缝段时，均要间隔一组环缝段不焊接，才继续焊接下一组环缝段，直至完成整条环缝的一轮焊接，然后再将一轮焊接后剩下的还未焊接的各组环缝段以前述方式进行二轮焊接，直至将整条环缝全部焊完；每焊完一段环缝时，环缝的正反两面需要同时收弧，收弧后继续充氩3～5s。

5.对环缝进行填充焊，环缝的填充焊采用手工TIG焊，焊接顺序也采用分段对称间断焊，具体操作方式同环缝根部的分段对称间断焊。

实施例

本发明的实施例以蒸馏液监测槽筒体环缝的TIG焊为例进行说明。

蒸馏液监测槽由上、下两个圆形不锈钢筒体拼焊而成，两个筒体的直径均为4360mm，壁厚均为5mm。

上述两个筒节的拼焊步骤为：

1.将两个筒节1的端部加工成V形内坡口2，单侧坡口角度为30°，即坡口角度α为60°，坡口钝边高度H为1.5mm。

2.将加工好的V形内坡口2按照装配间隙d为3.0mm、错边量为0.3mm的要求装配好。

3.将装配好的坡口采用手工TIG焊点焊固定，点焊方式为沿着筒节圆周方向每间隔20mm的距离点焊一次，直至将坡口全部点焊完成。

4.采用双面同时施焊的方式对环缝根部进行焊接，具体操作如下：

首先采用位于环缝正面一侧的主焊枪3在环缝根部以高频引弧方式引弧，待电弧稳定、熔池圆润后即开始移动主焊枪3进行焊接，当见到环缝反面一侧的钢板发红时，位于环缝反面一侧的副焊枪4在环缝的反面偏后于主焊枪3约5mm的位置处引弧，并以与主焊枪3相同的焊接速度沿着主焊枪3的焊接方向B开始与主焊枪3同时焊接；焊接过程中，主、副焊枪同时对同一熔池进行加热，主焊枪3填丝焊接，副焊枪4不填丝焊接或少量填丝焊接。

环缝根部的焊接采用手工TIG焊，调试后选取的焊接参数是：主焊枪3和副焊枪4与筒节1之间的锐角为82°，焊丝5与筒节1之间的锐角为18°，主焊枪3的电流为82A，副焊枪4的电流为73A，主、副焊枪的焊接速度为85mm/min。

环缝根部的焊接采用左焊法，焊接顺序为分段对称间断焊，每焊完一段环缝时，环缝的正反两面需要同时收弧，收弧后继续充氩3～5s。

5.采用手工TIG焊对环缝进行填充，焊接顺序也采用分段对称间断焊。

通过上述工艺步骤焊接而成的一批10件蒸馏液监测槽，与采用常规工艺步骤焊接而成的另一批10件蒸馏液监测槽对比，其焊缝检测结果如下。

未采用本方法焊接而成的蒸馏液监测槽的焊缝检测情况: 焊缝外壁凹陷最大处达到11mm，焊缝进行RT检测，合格为95%，主要缺陷在焊缝根部，筒体椭圆度最大超过标准允许值30%。

采用本方法焊接而成的蒸馏液监测槽的焊缝检测情况: 焊缝外壁凹陷最大处只有2mm，焊缝进行RT检测，合格率达到100%，筒体椭圆度在标准允许范围内。

由此可知，采用本方法焊接而成的蒸馏液监测槽的焊缝，其反面成型均匀，不需进行反面清根，环缝的焊接变形量大幅减小，椭圆度达到设计要求，同时焊接效率还提高了一倍，所以能够确保焊缝100%RT探伤一次性合格及满足产品的尺寸精度要求。

Claims (8)

1.一种用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法, 包括以下步骤：

（1）将对接环缝两侧直径大于3000mm、壁厚小于6mm的筒节（1）的端部加工成坡口；

（2）将加工好的坡口按照设计装配间隙d和设计错边量装配好；

（3）将坡口点焊固定；

其特征在于：

（4）然后采用双面同时施焊的方式对环缝根部进行焊接，具体包括以下操作：

首先采用位于环缝正面一侧的主焊枪（3）在环缝根部以高频引弧方式引弧，待电弧稳定、熔池圆润后开始移动主焊枪（3）进行焊接，当见到环缝反面一侧的钢板发红时，位于环缝反面一侧的副焊枪（4）在环缝的反面偏后于主焊枪（3）约5mm的位置处引弧，并以与主焊枪（3）相同的焊接速度沿着主焊枪（3）的焊接方向B开始与主焊枪（3）同时焊接，焊接过程中，主焊枪（3）填丝焊接，副焊枪（4）不填丝焊接或少量填丝焊接，主、副焊枪同时对同一熔池进行加热。

2.根据权利要求1所述的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法,其特征在于：还包括以下步骤：

（5）对环缝进行填充焊。

3.根据权利要求2所述的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法,其特征在于：

所述步骤（1）中的坡口为V形内坡口（2），且单侧坡口角度为30°±2.5°，坡口钝边高度H为1.5mm±0.5mm。

4.根据权利要求3所述的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法,其特征在于：

所述步骤（2）中的装配间隙d为2.5mm～3.5mm，错边量≤0.5mm。

5.根据权利要求4所述的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法,其特征在于：主、副焊枪均采用直流电源，主焊枪（3）电流为80～85A，副焊枪（4）电流为70～75A，主、副焊枪与筒节（1）之间的锐角β均保持在80～85°之间，焊丝（5）与筒节（1）之间的锐角γ为15～20°。

6.根据权利要求5所述的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法,其特征在于：对环缝根部的焊接采用左焊法，且焊接顺序采用分段对称间断焊，每焊完一段环缝时，环缝的正反两面需要同时收弧，收弧后继续充氩3～5s。

7.根据权利要求6所述的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法,其特征在于：环缝填充焊的焊接顺序采用分段对称间断焊。

8.根据权利要求7所述的用于大直径薄壁不锈钢筒体工件环缝的TIG焊方法,其特征在于：所述坡口的点焊、环缝根部的双面同时焊及环缝的填充焊均采用手工TIG焊。