仪表管自动焊工艺性能研究

贺海波 刘金平 吴闯 马明豪

摘   要：随着核电建造数量的增加，业主对于仪表管的焊接质量和焊接效率也提出了更高的要求，有必要开发能够满足核电要求的仪表管的自动焊工艺。本文利用OBS CWH115封闭式机头进行S30408仪表管焊接试验，寻找了焊接速度的最优解，并进行了工艺试验验证。试验证明，开发的全位置仪表管的自动焊工艺，无损检测、力学性能及金相试验结果均符合核级标准要求，具备应用的基础条件。

关键词：仪表管  自动焊  工艺

中图分类号：TG444                                文献标识码：A                        文章編号：1674-098X（2020）06（a）-0111-02

1  引言

模块化是核电建造的发展方向，而仪表管道具有管径小、管壁薄的特点。手工焊接仪表管对焊工的操作技能要求较高，传统手工焊焊接时难以保证一次焊接合格率，达到核级生产标准。因此急需提升核电建设自动化水平。但由于核电行业的特殊性，对焊接质量要求极为严格，有必对仪表管道自动焊的焊接参数范围和焊缝性能进行验证。

2  设备及材料信息

本文使用OBS CWH115封闭式机头进行焊接试验。母材选择S30408不锈钢，管道规格为Ф10×2mm，采购标准为GB/T 14976。焊接位置为全位置焊，焊缝坡口形式为I型坡口，组对间隙为0mm，母材化学成分见表1。

3  工艺验证方案

3.1 工艺参数选择

试验的焊接方法为TIG自熔焊，起弧方式为高频起弧，焊缝正面背面均使用99.99%的Ar进行保护。因焊接位置为全位置焊，平焊、立焊、横焊、仰焊的焊接位置都包含在管道焊接中，因此将管道焊缝按照角度分为6个区间，每个区间60°。以控制变量的方法进行焊接试验，保持焊接电流、起弧点、保护气流量不变，以焊接速度作为唯一变量进行对照试验，试验参数设置及检测结果见表2。

检查焊缝外观成型及正背面焊缝余高，射线检测焊接内部是否存在体积缺陷，根据检测结果，证明焊接速度在100～110mm/min时焊接效果较好。根据核电焊接质保体系要求，需尽量降低焊缝的焊接热输入，保障焊缝的力学性能，避免出现焊接缺陷，最终选定焊接速度为110mm/min。以最佳参数进行工艺评定试件焊接，并进行力学性能及微观组织分析。

3.2 力学性能检测

根据得出的最佳焊接参数，补充焊接试验4组，用于进行液体渗透、射线探伤、破坏性试验。由于管道直径较小拉伸试验时采用整管拉伸的方式进行，自熔焊缝抗拉强度的力学性能应大于母材S30408的力学性能，抗拉强度应≥525MPa，焊缝抗拉强度为605MP，大于标准要求值，证明焊缝抗拉强度满足要求。进行焊缝的面弯背弯试验，焊缝弯曲180°后，经检测未发现尺寸超过1.5mm的开裂缺陷。经过力学性能验证，可以证明仪表管自熔焊缝，在力学性能方面满足核级管道的生产要求，管道自熔焊接后，得到的焊缝抗拉能力优于原始母材。

3.3  金相检验结果

宏观金相显示仪表管TIG自熔焊得到的焊缝组织融合良好，无夹渣气孔等焊接缺陷。微观金相未见显微裂纹或沉淀物，与传统钨极氩弧焊相比，焊缝金相组织更加均匀、细小，金相组织由奥氏体和少量残余铁素体组成。仪表管自动焊时，焊接参数变化波动更小，且匀速施焊相较于手工焊更有利于晶粒稳定生长，因此力学性能的稳定性优于传统手工焊。

4  结语

本文利用控制变量法研究了仪表管自动焊焊接速度的最优参数，并使用该参数重复施焊验证参数的稳定性和适用性。通过液体渗透、射线探伤、力学试验及金相检验，证明该仪表管自动焊工艺满足核级管道的质量需求。且仪表管的自动焊不受焊工的情绪波动的影响，有利于提高焊缝质量的稳定性和一致性，仪表管自动焊工艺具备应用基础条件。

参考文献

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