窄间隙自动焊技术的应用与推广

刘三云

摘要：以提高管道焊接质量为前提，针对窄间隙自动焊技术的实际应用展开介绍。分析该焊接技术与传统技术对比所具有的优势，明确其在管道焊接中的重要性，从焊接准备工作与质量控制两个方面阐述焊接技术的运用，最后立足于同类母材、不同母材、焊接效率总结技术的推广方向，扩大窄间隙自动焊技术应用范围，旨在推动现代工业行业发展。

关键词：窄间隙自动焊技术；不锈钢；焊接效率；厚壁管道焊接

我国电厂的安装、施工环节，针对大口径厚壁管道焊口进行焊接，比较常用的方法为GTAW（氩弧焊）和SMAW（手工电弧焊）这两种方法，虽然操作比较简单，但变形难控制、劳动强度大、焊工技能水平幅度大等原因，不太适用大厚壁管道的长工期焊接。为了提升焊接质量，引进了窄间隙自动焊技术。这种焊接技术在技术性与经济性方面具有极大的优势，焊缝截面积与传统弧焊方法相比，减少超过30%。但是目前窄间隙自动焊技术的应用还没有大规模普及，需要在实践中总结经验，积极推广。

一、窄间隙自动焊技术优势

针对发电厂内的动力管道进行焊接，比较常用两种焊接方法：手工电弧焊接、手工电弧焊打底与氩弧焊组合。如果焊接对象为大口径厚壁管道，则会采用组合坡口型式焊接方法，再通过GTAW与SMAW组合的方式展开多层多道焊^[1]。这种传统的焊接方式使用的设备相对简单，但是坡口宽度和焊接熔敷的金属量比较大，会大量耗损焊材，并且延长焊接时间，较依赖焊工技能水平，最终焊接质量还不能完全保证。综合以上焊接经验，窄间隙自动焊接技术得以应用，凭借专业技术与经济性的优势，成为现代工业生产领域厚板结构焊接非常关键的一项技术，并且最终焊接质量也有保障。

二、窄间隙自动焊技术的应用

（一）焊接准备工作

1、选择焊机

现如今针对核电设备的安装与施工，比较常用的窄间隙自动焊设备为自动氩弧焊机，这一类型的焊机焊接电源在运行中具有极高的稳定性、多功能性，整体对比其他类型的焊机综合性能更好。窄间隙自动焊机包括焊接电源、视频监视系统与焊接机头等，搭配远程控制手盒以及轨道，其中轨道需要符合管道规格，机头行走于轨道中实施焊接。

2、确定坡口型式

坡口型式确定需要参考回路主管道材料，以此为依据选择窄间隙自动氩弧焊工艺。焊机机头焊接环节，需要使用大气罩进行气体保护，坡口中只能伸入钨棒和送丝管，所以窄间隙坡口加工时建议采用正面U型背面V型与单面U型加膛孔等多种型式。其中单面U型加膛孔型式的焊口，可以选择单面焊双面成型工艺，但是该工艺在实践应用中对于打底焊接最终效果的要求比较严格，如果选择正面U型背面V型的型式，那么必须要有充足的管道空间，工作人员进入到管道内部进行清根作业，搭配内轨道之后实施焊接^[2]。

3、选择焊接材料

焊接材料的选择直接关系到最后焊接效果，建议采用丝ER316L奥氏体不锈钢的埋弧焊丝，钨极材料则选择铈钨极，参数以φ3.2mm为最佳，保护气体的正面为Ar99.999%高纯氩，背面为99.99%纯氩。焊机内部焊丝可以按照焊接需求选择不同规格，因为送丝机构在机头部位固定，并且和机头同步行走，所以焊丝盘规格、重量不能过重，建议选择4in标准盘，重量也控制在5kg为宜。

（二）窄间隙自动焊质量控制

窄间隙自动焊技术在实际应用的过程中，需要选择适合的焊接工艺，正式开始焊接之前先展开焊接试验，试验对象为各个部位、组对间隙、错边量。传统的手工氢弧焊工艺是以向上焊为主，但是窄间隙自动焊技术则有两种焊接方式，包括周向全位置焊接、向上焊。如果选择向上焊，那么操作方法和手工焊大致相同，要在6点位置向上焊到12点位置结束，熔池控制作业难度不高，但是控制效率较低^[3]。若选择周向全位置焊接方法，建议搭配正反焊丝架，替换原有的导丝杆方向，按照顺序逐次反向焊接，也可以将起弧点进行焊接，达到控制挠曲变形的效果，这种焊接方法的效率更高，且不需要大量接头。为了保证窄间隙自动焊接质量，提出以下几点质量控制策略：

1、管道焊口组对

按照选择焊机性能，以提高焊接质量为前提对管道焊口组对的错边量、组对间隙进行控制。其中错边量不能超过0.5mm，组对间隙则控制在0~1mm之间。结束组对之后管道内壁需要采用点固块进行点固。

2、背面设置充氢堵板

管道内部增设充氢堵板、气室，将纯度大于99.99%的纯氩充入至堵板与气室中，要求提前30min到1h充气，气室中的氧气含量小于1%^[4]。

3、采用多样化焊接工艺

如果采用打底焊起弧工艺，通常会在上45°处进行向上焊接，按照机头配置、焊丝盘布设方向确定焊接方向，为熔池质控提供便利条件。为了保证窄间隙自动焊质量，建议选择周向焊接工艺，焊接途中不停弧。当打底焊结束之后必须马上热焊，以免根部焊缝破损。热焊期间必须要保证坡口两侧的熔合度，一般会选择分道焊工艺，对机头的倾斜角度进行调整，分2道完成热焊作业。

除此之外，还需要使用填充焊这种方法。其中填充焊和底焊、热焊均为脉冲弧模式，焊接过程中钨棒不会发生摆动，通过脉冲峰值电流所形成的冲击力，将熔池扩张，保证熔池、侧壁之间熔合。熔合时需要使用基值小电流实施焊接，对焊接热输入进行有效控制。填充焊操作过程中为了加强坡口熔合性，按照坡口宽度、焊接工艺参数，分析对比之后，如果坡口宽度为8mm，可以选择分道焊接，大于或小于8mm则采用单道焊接。填充焊工艺需要注意的问题是，每层焊缝接头必须要错开，参照焊缝收缩形成挠曲变形，调整起弧点，改变挠曲变形方向以及变形量。以免管道背面根部焊缝因为反复受热而导致的二次氧化现象，当焊接至15mm之后停止，在管道的背面充氢保护之后将保护装置拆除即可完成。

三、窄间隙自动焊技术推广

为了实现窄间隙自动焊技术在现代工业领域中的全面普及，从三个方面提出该焊接技术的推广建议：第一，同类母材应用范围推广。针对不锈钢大管径大壁厚（600mm以上直径，65mm以上壁厚）延伸至小管径小壁厚（275mm直径，45mm壁厚）均可以采用窄间隙自动焊技术；第二，不同类型母材的推广。无论是不锈钢、碳钢、还是高合金钢焊接（大直径大壁厚管道）都可以选择窄间隙自动焊技术，但高合金钢焊接需要进行热处理，必须对焊接进行适应性修改。

结束语：

综上所述，窄间隙自动焊技术作为现代工业管道焊接中的新型技术，可以显著提升管道焊接质量，具有技术性和经济性的特点，不会造成严重的资金浪费。除此之外，应用窄间隙自动焊技术，也可以解决传统焊接技术可能会导致的管道变形问题，是今后工业行业发展的主要对象。

参考文献：

[1]郭辉.核电站主管道窄间隙自动焊5GT位置焊缝收缩量研究[J].焊接技术,2019,48(12):77-81.

[2]郑倩倩,郑日水,罗超,江超,姚军,童晓红,孙彬彬.核电站VVER堆型复合钢主管道窄间隙钨极氩弧(N-TIG)自动焊技术应用可行性研究[J].电焊机,2019,49(04):59-66.

[3]吕琛,雷自旺,夏书文.“华龙一号”示范工程主管道窄间隙自动焊焊接缺陷分析[J/OL].中国核电:1-7.

[4]张汝潺,徐忠峰,郭新芳,赵建仓,万夫伟.HPR1000主管道锻件全位置窄间隙自动焊工艺[J].焊接技术,2019,48(01):43-47.