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2021年4月26日讀畢需時 4 分鐘

CWE-Blog#032 - 管與管對接GTAW焊接參數


管與管對接GTAW焊接參數


鎢極惰性氣體保護焊，英文名稱為 TungstenInertGasWelding，縮寫為 TIG。後來，美國焊接學會將其正式命名為 GasTungstenArcWelding，縮寫改為 GTAW。這裡談談管-管對接 GTAW的焊接參數。



管與管對接管件水準固定（5G）和傾斜固定（6G）全位置焊接時，最主要的問題是電弧對焊接區的累積加熱，特別是小直徑薄壁管對接接頭的焊接，這一難點尤為突出。


其原因是電弧對焊件的加熱速度大於散熱速度，使熱量積聚，最終導致焊接熔池失穩。因此在管件對接的全位置焊接過程中，為始終保持熔池形態穩定，即使熔池的表面張力與重力平衡，必須適當地控制電弧的能量，其解決辦法是，除了採用脈衝電流外，還應分區段程式控制各焊接參數。管子橫斷面周長典型的劃分方法，即將其等分為4個區段。每個區段為90°。


第一區段從D點開始，即從10∶30到13∶30結束，依此類推。不同區段相對應的焊接位置如下：


  1. S10°~90°平焊位置

  2. S290°~180°立向下焊位置

  3. S3180°~270°仰焊位置

  4. S4270°~360°立向上焊位置


管子對接接頭周長區段的劃分


管子對接接頭全位置焊接時，應按不同區段的焊接位置程式控制焊接電流（IP、IB）、焊接速度和送絲速度，使焊接熔池始終處於熱平衡狀態。對於某些規格的管件和導熱性差的管材，還可能要求對焊接區段細分成8等分或16等分。


管件對接接頭全位置焊，按管壁厚度可分別採用自熔GTAW工藝和填絲GTAW工藝。


一、管與管對接自熔GTAW焊接參數


管與管對接自熔GTAW焊接參數主要包括電弧長度（電弧電壓）、焊接速度、焊接電流以及焊接參數的分段程控等。


1. 電弧長度


電弧長度即為鎢極尖端至焊件表面的距離，它取決於焊接電流、電弧的穩定性和兩對接管子的同心度或橢圓度。為獲得優質的焊縫，電弧長度必須保持恆定，按經驗，在薄壁管對接的自熔GTAW焊中，電弧長度應為管壁厚度的1/2+0.25mm。例如管壁厚度為1.0mm，電弧長度應為0.75mm。


2. 焊接速度


  • 焊接速度取決於被焊材料在熔化狀態下的流動性和管壁厚度。

  • 常用的焊接速度範圍為100~250mm/min。管壁越薄，焊速越快。


3. 焊接電流


焊接電流取決於母材的種類、管壁厚度、焊接速度和保護氣體的物理特性。其選用原則是保證焊縫全焊透。


對於奧氏體不鏽鋼的焊接，按經驗數據，壁厚每增加0.1mm，焊接電流提高4A。焊接厚0.8mm的管-管對接接頭時，焊接電流應為32A。


當採用脈衝電流時，應設定4個參數：峰值電流、基本電流、脈沖寬度（持續時間）和脈衝頻率。峰值電流與基值電流的比值一般在2∶1~5∶1的範圍內，通常選用3∶1。


脈衝頻率取決於所要求的相鄰焊點的搭接量，大都取 75%。在薄壁管焊接時，脈衝頻率與焊接速度成正比關係，比例係數約為 25。例如焊接速度選定為 125mm/min，脈衝頻率應為5Hz。


脈衝寬度取決於被焊材料的熱敏感性，並應隨熱敏感性的提高而減小，常用脈衝寬度為20%~50%，通常取35%。


4. 焊接參數的程式設計


在管與管對接全位置焊中，為使焊縫在整個圓周內成形均整，主要焊接參數——焊接電流、焊接速度應按預先設計的邏輯程序進行程式設計，並分區段程式控制。起弧和收弧階段，程式控制焊接電流遞增或衰減。


二、管與管對接填絲GTAW焊接參數


填絲GTAW主要用於壁厚大於3mm的開坡口管-管對接接頭。可以採用兩種操作方法：窄焊道技術和多層單道焊技術。


管與管對接接頭開坡口多層焊縫施焊方法﹕


  • 窄焊道技術

  • 多層單道焊技術


1. 與填充絲有關的焊接參數


與填充絲有關的焊接參數包括填充絲的伸出長度、鎢極與填充絲夾角，鎢極尖端至焊縫端的距離。


填充絲有關的焊接參數


  • 鎢極與填充絲的夾角α應調整至 50°~80°。

  • 鎢極尖端至焊絲端的距離De-f應調整到 1.5~3mm。根部焊道焊接時，推薦調至較大值，以利用填充絲的動能推進熔池，並形成微凸的焊道。對於填充層和蓋面層，De-f應調整到約 2.0mm。這樣，焊絲靠近電弧，易於熔化，可提高焊絲的熔化速度並避免夾絲。

  • 焊絲伸出長度Sf應調整到 8~12mm。如果伸出長度太短，導絲嘴容易被燒壞;如果伸出太長，焊絲將產生扭曲，可能與鎢極相碰，導致焊接過程中斷。

  • 電弧長度應調整到 2~3mm，根部焊道焊接時，電弧長度應降低到 1.0mm，以達到足夠的熔透深度。


2. 其他邊界參數


所謂邊界參數是指在管－管對接全位置自動焊設備中不能進行程式設計的焊接參數。這些參數對焊縫品質的重複性和焊接效率會產生較大的影響。在管-管對接全位置自動焊中，重要的邊界參數有：

  1. 保護氣體的種類、純度和流量。

  2. 背面保護氣體的種類、純度和流量。

  3. 氣體透鏡墊的種類和規格。

  4. 鎢極的種類、直徑、端部形狀和伸出長度。

  5. 陶瓷噴嘴的尺寸、直徑和長度。

  6. 填充絲的牌號、爐批號、直徑、送入傾角和接觸點位置。

  7. 焊縫起始點位置。

  8. 層間溫度。

  9. 焊接電纜的連接方法和部位。

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