流量计管内孔的TIG焊接工艺

流 量 计 管 内 孔 的 TIG 焊 接 工 艺

流量计管道作为工艺管道， 应符合 ASME B31.3承压要求， 本文研究的产品型号， 其承受压力应≥10 MPa， 焊缝应达到的要求为 ： ①管道根部应全焊透； ②背面***大咬边不超过 0.2 mm； ③***大余高不超过 0.2 mm； ④***大未填满不超过 0.2 mm；⑤焊缝气体保护效果应达到 AWS D18.2 中的 5 以上水平。

焊接位置为 5G 管全位置焊接， 焊接接头如图 1所示。

由于焊缝表面位于管道内部， 焊接时不可观测，因此， 目视检查焊缝背面的熔透作为辅助的管道根部熔透的见证， 在此称其为佐证熔深。 其***终的检查需要将焊缝切片， 做宏观金相试验来判断。 待焊缝完成后， 用检查量规测量判断其背面咬边及正面未填满/余高是否合格。

1.工艺要点

本工艺为 TIG 焊自熔工艺， 焊接材料为 316L 奥氏体不锈钢， 保护气体为 φ（Ar）99.995%， 气路为三路， 分别是管道内部、 管道背面及焊枪处。 考虑到氩气密度较大， 应尽量将表体管道凸起部分向下放置， 以便于氩气从底部向上将空气排空， 由于管道较长， 所以通气时间也应较长。 经氧分析仪测试，背面排空的时间为 31 s， 管道内排空的时间为 100 s。

 在对管道进行全位置焊接的过程中， 熔池受到重力的影响， 周向会发生如下变化：

 在上坡焊过程中受到电弧吹力及重力影响， 焊缝会略宽且浅， 在下坡焊过程中受到电弧吹力及重力影响， 焊缝会略窄且深， 因此在实际焊接时， 应将焊接程序分区间， 综合考虑结构上的导热及焊接姿态， 笔者以图 2 中 3 点钟方向为起弧位置， 0°~ 100°为区间一， 100°~270°为区间二， 270°~380°为区间三。 熔池在不同位置的受力情况如图 2 所示。

当钨极位置距接头很近时： 电流小时， 则熔深浅， 有未焊透的风险； 电流大时， 则熔深大， 但同时背面的佐证熔深也很大， 因为没有填充材料， 所

以背面有咬边的风险， 造成焊缝不合格。

当钨极位置距接头很远时： 电流小时， 则熔深浅， 在深度方向有未焊透的风险， 同时在宽度方向还有焊缝错位未焊到接头的风险； 电流大时， 则熔深大， 但熔深***深的位置不在接头处， 佐证熔深不可见， 没有背面咬边的风险， 但宽度方向， 焊缝仍有错位未焊到接头的风险。

由图 5 中 4 个角上的金相图可以大概得到一个合格焊缝的参数范围， 即由 4 个角连成较大的长方形， 而得到的***优参数大概处于的长方形中心， 因

此， 当峰值电流与钨极位置围绕着***优参数小范围变化时， 仍然可以得到合格的焊缝， 说明了该工艺的包容性和稳定性。

（1） 为了使上述较大的长方形盒子更大， 尝试在***优参数的基础上加入微小的焊枪摆动， 加入摆动后的***终工艺参数见表 7， 采用有摆动的***优工艺参数的宏观金相组织如图 6 所示。

（2） 焊缝的外观： 气体保护效果应使焊缝颜色达到 AWS D18.2 中 5 以上的水平， 通过进行不同预充气时间下焊缝颜色的对比及氧分析仪的测试结果，***终确定气体保护的时间。 结合工艺要点部分， 对

气体保护的控制， 随着预充气时间的延长， 焊缝的保护效果逐渐改善， ***终预充气 3 min 及以上， 可以达到 AWS D18.2 中 2~3 的水平， 满足要求。 焊缝外

观如图 7 所示。

3.结论

采用 Minitab 软件及试验设计的方法， 取得了令人满意的参数， 使得焊接时不易观察、 焊接后无法进行无损探伤、 不易检测的焊缝有了充分的工艺依据， ***终按照 ASME 第九卷进行焊接工艺评定， 并顺利通过。 为了验证工艺一致性， 随后共切了 100片焊缝， 观察宏观金相， 结果根部全部焊透， 外观也全部符合目视检查要求， 100%保证了焊缝质量。