1.背景摘要
海洋工程和石油化學工業對管道預製的要求較高，工作量較大。採用傳統的TIG焊手工打底和MIG焊填充覆蓋，但品質和效率均不理想。本文採用新型焊接製程－高效率熱絲TIG焊，實現TIG打底焊、填充焊及覆蓋焊，實現MIG焊高效率焊接方法取代傳統方法。透過本次實驗，研究的機械性能被證明是有效的，並已成功應用於工業。
研究目的
目前，傳統焊接工藝採用手工TIG焊打底，手工焊或MIG焊、埋弧焊等多工藝方法進行填充和覆蓋，以提高焊接效率。但這些填充覆蓋方式不易實現自動焊接，不適合各種管徑，比較容易產生焊接缺陷，且焊接品質合格率受到工人操作水準的限制。
與普通TIG焊接相比，熱絲TIG焊接在傳統冷焊絲的基礎上增加了獨立的熱絲電源對焊絲進行預熱，在不改變焊線能量的情況下提高了焊絲的熔化速度。這樣，所提供的焊接電弧只需要花費少量的能量來熔化焊絲，從而提高了焊接生產效率。
高效率熱絲TIG焊接效率比一般TIG增加5倍以上，與MIG焊接速度相當，熔敷速度從0.3~0.5kg/h提高到2~4kg/h。國內熱絲TIG技術處於停滯階段，遠未實現高效、高品質焊接。國外熱絲TIG焊接製程的效率尚未明顯提高，無法達到MIG焊接的效率。因此，開發高效率的熱絲TIG焊接製程顯得特別迫切且重要。
3.1 實驗材料
實驗管材母材為Q235-A鋼，厚度12mm，外徑108mm。化學成分如表1所示。採用直徑1.2mm的H08Mn2Si焊絲。化學成分見表1。
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3.2 實驗方法
試驗採用如圖1所示的KB370開放式管夾式管路預製高效率熱絲TIG焊接系統、PHOENIX-521多功能焊接電源、銳弧-200熱絲電源。採用熱絲TIG焊接工藝，接頭示意圖如圖2所示。
圖1 KB370管夾式高效率熱絲焊接系統
圖2 接頭示意圖
焊接前，將管試件坡口內外打磨除鏽，範圍約25mm。試焊前，管道試件透過點焊固定。三點點焊就夠了。錯位控制在1.5mm以內，無間隙。
3.3 實驗結果
管材試體焊接後，先進行X射線探傷，全部通過I級。其他實驗採用宏觀金相、微觀金相及機械性質測試，分別如圖3、4、5、6及表3所示。圖3和圖4清楚顯示了三層焊縫形貌，組織結構的變化，焊接熱影響區小，無氣孔和裂縫。由表3可知，焊接處在母材區域全部斷裂，正彎、背彎均符合GB/T14452-93標準要求。從表4可以看出，得出以下結論：
圖3 母材、熱影響區及焊接截面顯微組織
圖4 焊縫斷面宏觀金相組織
圖5 拉伸試驗
(a) 正向彎曲
(b)後彎
高效率熱絲TIG可達到TIG焊接品質及MAG焊接速度，但MAG焊接存在飛濺大、電弧強、氣孔率大、線能量大、磨削量大等缺點。雖然其熔敷效率較高，但在高品質要求下，顯然不如TIG焊接穩定可靠。高效率熱絲TIG焊綜合效率與MAG焊相當或略大於；
高效熱絲TIG焊與傳統冷絲TIG焊相比，整體效率提升5~10倍。
4 實驗結論
4.1熱絲TIG焊接可獲得表面無缺陷、成型良好的焊接；
4.2熱絲TIG焊送絲速度達5m/min，最高可達6.5m/min，熔化速度可達3.5kg/h，大幅提升了生產效率；
4.3熱絲TIG焊接的拉伸斷裂發生在母材中，改善了接頭性能；
4.4高效能熱絲TIG焊接真正達到了TIG焊的焊接品質和MIG焊的焊接速度。
5.市場成熟應用及前景
經過近兩年的市場推廣應用，目前廣泛應用於海洋工程、瓦斯、儀器、石油化工、貨櫃等領域。
高效能熱絲TIG焊接製程不僅適用於碳鋼，還適用於合金鋼、不銹鋼、雙相鋼、鎳基合金等材料（對各種材料的實驗表明，特別是雙相鋼）在海洋工程等行業的焊接製程中，高效率熱絲TIG焊接確實具有無可比擬的優勢）。打破了國外熱絲TIG焊在我國的壟斷，與國外品牌相比，其效率比國外熱絲高1.5至2倍。
該技術填補了管道預製焊接的空白，是適合我國國情的創新工藝技術產品，是管道預製產業的顛覆性創新。可完全取代現有傳統工藝TIG底漆+MAG填充覆蓋雙複合工藝，避免使用者重複購買設備，是真正多功能、多用途的管道預製焊接系統。以此技術為核心製程的焊接系統目前也應用於智慧管道預製系統，市場前景廣闊。
發佈時間：2024年8月27日
