導(dǎo)語：電力輸送單管塔低溫焊接工藝開發(fā)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：加拿大電力輸送塔屬于單管多邊形管塔，服役地區(qū)自然環(huán)境比較惡劣，大風(fēng)、雨雪、低溫嚴(yán)寒天氣較為常見，單管塔在設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)于焊縫低溫沖擊性能也要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（-40℃，27J），這就對(duì)焊接工藝技術(shù)提出了比較高的要求，要滿足這一要求，焊接工藝的開發(fā)和應(yīng)用就顯得尤為重要，能夠滿足低溫沖擊試驗(yàn)合格的焊接參數(shù)是工藝開發(fā)的主要技術(shù)難點(diǎn)，需要通過焊接工藝評(píng)定試板、對(duì)焊接試板進(jìn)行檢驗(yàn)來完成，項(xiàng)目的焊接施工順利完成且產(chǎn)品能夠順利通過客戶檢驗(yàn)是焊接工藝應(yīng)用成功的重要標(biāo)志。要滿足低溫沖擊韌度要求，在鋼材和焊材本身需要滿足的前提下，開發(fā)適合低溫沖擊的焊接參數(shù)，保證焊接時(shí)對(duì)焊縫熱輸入的控制，這樣就可以控制焊縫金屬晶體組織形態(tài)，從而確保焊縫金屬低溫沖擊性能，在焊接參數(shù)的開發(fā)過程中，使用金相組織檢驗(yàn)的方法對(duì)焊縫晶體組織進(jìn)行分析和跟蹤，在生產(chǎn)實(shí)施過程中，通過設(shè)計(jì)專用工裝來保證管子轉(zhuǎn)角速度，進(jìn)而保證生產(chǎn)時(shí)使用的焊接參數(shù)符合試驗(yàn)時(shí)經(jīng)過評(píng)定的參數(shù)。

關(guān)鍵詞：焊接參數(shù)；低溫沖擊；金相組織；工裝應(yīng)用

1序言

加拿大電力輸送行業(yè)是國內(nèi)單管塔企業(yè)近些年重點(diǎn)開發(fā)的市場(chǎng)，市場(chǎng)需求量較大，單管塔產(chǎn)品壁厚較大、長度較長、底板厚度較大，對(duì)于焊接施工來說，制作這樣的產(chǎn)品無論從生產(chǎn)工藝還是質(zhì)量控制上來說，都是很大的挑戰(zhàn)，比如對(duì)于焊縫的質(zhì)量控制，如何做到加拿大市場(chǎng)需求的低溫沖擊焊縫要求，這是需要企業(yè)成立技術(shù)攻關(guān)小組進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和實(shí)踐模擬的，因此，對(duì)于-40℃沖擊吸收能量的要求，誰能滿足這一焊接要求，那么無疑是具有非常大的市場(chǎng)競爭力，這是客戶招標(biāo)所列的一項(xiàng)重要考核條例，也是對(duì)企業(yè)技術(shù)實(shí)力的考核，能滿足它并能拿出實(shí)際的控制措施和滿足要求的具體產(chǎn)品，那么對(duì)于企業(yè)的市場(chǎng)競爭力會(huì)有很大的提升，這也是焊接新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用的重要意義。

2產(chǎn)品基本信息介紹

加拿大電力輸送單管塔為12邊形帶底板環(huán)形焊接結(jié)構(gòu)，底板與桿體通過焊縫連接且無筋板，由于焊縫在產(chǎn)品應(yīng)用過程中承受360°方向動(dòng)載荷，受力較大，所以焊縫的質(zhì)量要求較高，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為一級(jí)，焊縫環(huán)形周長為7～8m，一級(jí)強(qiáng)度焊縫超聲波檢測(cè)比例為100%，管體厚度25mm，底板厚度120mm，管體一側(cè)開45°～55°坡口無鈍邊，管體內(nèi)測(cè)加與桿體同邊數(shù)的襯環(huán)當(dāng)作焊接襯墊來實(shí)現(xiàn)焊縫全焊透，底板與管體組對(duì)間隙6～8mm，襯環(huán)與桿體間隙小于0.5mm（見圖1.采用埋弧焊（SAW）單焊絲焊接技術(shù)[1]。埋弧焊工藝技術(shù)具有焊接質(zhì)量穩(wěn)定、焊縫外觀優(yōu)異、焊縫組織分布均勻、節(jié)省工人勞動(dòng)強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，焊縫強(qiáng)度要大于等于材料強(qiáng)度，且焊縫性能滿足-40℃沖擊吸收能量27J，管體原材料采用美標(biāo)ASTMA572Grade65，此為低合金高強(qiáng)鋼，類似中國國標(biāo)的Q460材料，鋼材強(qiáng)度高、焊接性能好，鋼材原材料化學(xué)成分及力學(xué)性能規(guī)定見表1和表2，材料低溫沖擊性能可以滿足在-40℃下27J，入廠時(shí)均已按照批號(hào)進(jìn)行過復(fù)檢，結(jié)果合格。焊材采用鑫宇牌無鍍銅高強(qiáng)度埋弧焊焊絲XW-ENi1K，ϕ4.0mm，此焊絲搭配XUN-50焊劑，具有強(qiáng)度高、低溫韌性好，焊接過程中焊道脫渣容易，以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等諸多優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)眾多行業(yè)均有應(yīng)用，其化學(xué)成分和力學(xué)性能規(guī)定見表3和表4，沖擊性能符合在-40℃下27J。

3焊接工藝開發(fā)

母材和焊材在入廠檢測(cè)中結(jié)果均合格，可以進(jìn)行焊接參數(shù)的開發(fā)。焊接參數(shù)的開發(fā)主要通過焊接模擬真實(shí)焊接接頭的工作試件來進(jìn)行，使用和管體材料壁厚一樣的25mm試板，提前機(jī)加工制作焊接坡口，焊接操作工選用技術(shù)能手進(jìn)行，焊機(jī)采用林肯DC-1000焊接電源，送絲機(jī)構(gòu)采用林肯NA-5整套送絲機(jī)構(gòu)，此設(shè)備配套體系是林肯電氣比較成熟的一套埋弧焊焊接設(shè)備，能保證在焊接過程中不會(huì)有任何問題，焊劑采用與XW-ENi1K配套的XUN-50燒結(jié)焊劑，焊劑提前進(jìn)行300℃烘干1h，然后在100℃保溫待用。焊前對(duì)試板進(jìn)行預(yù)熱處理，溫度不宜過高，50℃左右即可，預(yù)熱時(shí)不可直接將預(yù)熱火焰加熱至焊接坡口處，預(yù)熱正確位置為距離坡口50～75mm范圍以外，且預(yù)熱時(shí)要正反兩面進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱完畢后使用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行預(yù)熱溫度測(cè)定，各個(gè)方位共取5個(gè)點(diǎn)，5個(gè)點(diǎn)的平均值為正確的預(yù)熱溫度，接下來開始焊接，首次焊接參數(shù)見表5。焊接過程中嚴(yán)格控制焊道層間溫度低于260℃，焊接完畢后檢查焊縫表面，表面光滑，無毛刺、咬邊、焊瘤等不連續(xù)缺陷，放置自然條件下讓試板溫度降至室溫，經(jīng)超聲波檢測(cè)后內(nèi)部無缺陷，滿足一級(jí)焊縫質(zhì)量要求，隨即將試板送去機(jī)加工取樣，取樣數(shù)量為2個(gè)拉伸試樣，4個(gè)側(cè)彎試樣，10個(gè)CVN沖擊試樣，其中沖擊試樣為5個(gè)焊縫沖擊和5個(gè)熱影響區(qū)沖擊，加工好后送試驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)室測(cè)試，2個(gè)拉伸式樣斷裂強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，4個(gè)側(cè)彎式樣彎曲后無裂紋，10個(gè)CVN沖擊式樣結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，沖擊試驗(yàn)失?。ìF(xiàn)場(chǎng)沖擊圖片見圖2），原因分析：原材料和焊材都滿足低溫沖擊性能要求且入廠檢驗(yàn)均合格，焊縫低溫沖擊不合格，只能說明問題出現(xiàn)在焊接工序上，建議對(duì)焊縫晶體組織進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)試驗(yàn)室對(duì)焊縫金相晶體組織檢測(cè)結(jié)果顯示，焊縫鐵素體組織比較粗大（見圖3），這種類似塊狀的鐵素體組織一般情況下低溫沖擊性能差，由此可見，焊縫低溫沖擊數(shù)據(jù)不合格很有可能是由于這種塊狀組織引起的，一般情況下，焊縫晶體組織粗大則是由于焊接時(shí)熱輸入過大[2]，焊縫晶體在焊接過程中太過膨脹導(dǎo)致，引用熱輸入公式對(duì)首次焊接熱輸入值進(jìn)行計(jì)算，首次焊接的焊道熱輸入值為2.7kJ/mm，在此數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們進(jìn)行第二次焊接試驗(yàn)的熱輸入值預(yù)制，且第二次焊接試驗(yàn)必須要降低焊接熱輸入，焊接電流從原來的450A下降到430A，焊接速度由原來的320mm/min增加到400mm/min（見表6），熱輸入為2.064kJ/min，比第一次焊接時(shí)的熱輸入值下降約25%，準(zhǔn)備好之后，使用備用試板進(jìn)行第二次試驗(yàn)。焊接完畢后檢測(cè)焊縫表面質(zhì)量，合格后將焊接試板空冷至室溫，超聲波檢測(cè)無問題后，送機(jī)加工取樣，經(jīng)過試驗(yàn)，焊縫和熱影響區(qū)低溫沖擊性能合格（見圖4），初步推測(cè)很可能是由于熱輸入值降低所致，為了查明真相，遂對(duì)焊縫晶體組織進(jìn)行金相檢測(cè)，結(jié)果顯示焊縫晶體組織主要為針狀鐵素體（見圖5），至此就可以判斷，首次低溫沖擊試驗(yàn)不合格原因是由于熱輸入過大、晶體組織粗大引起的，此次經(jīng)過降低熱輸入而得到的針狀晶體組織，試驗(yàn)合格，熱輸入值是影響焊縫低溫沖擊結(jié)果的直接因素，至此，焊接參數(shù)開發(fā)工作完成，將所有試驗(yàn)過程中的重要參數(shù)歸納總結(jié)，形成焊接工藝指導(dǎo)文件WPS下發(fā)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，指導(dǎo)生產(chǎn)部門施焊。

4焊接工藝應(yīng)用

在具體生產(chǎn)施焊過程中，由于產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)比較特殊為圓周12邊形，且焊縫兩側(cè)母材的厚度比過大，焊接過程中焊縫兩側(cè)受力不均衡，極易在焊腳部位產(chǎn)生焊腳裂紋（厚度較薄的管體一側(cè)），焊接施工前需要對(duì)具體施焊工藝進(jìn)行完善，除了經(jīng)過試驗(yàn)的參數(shù)外，還需要增加防止焊腳裂紋產(chǎn)生的工藝方法[3]。針對(duì)產(chǎn)品特殊焊接結(jié)構(gòu)——焊縫圓周并非純圓而是整個(gè)圓周分為12邊進(jìn)行分析，在焊接時(shí)，當(dāng)滾輪通過焊縫兩邊連接處時(shí)和當(dāng)滾輪在直線邊焊接時(shí)的焊接速度會(huì)不一樣，且在焊接直邊時(shí)，經(jīng)過專業(yè)檢測(cè)，焊縫焊腳部位基本不會(huì)出現(xiàn)焊腳裂紋和其他焊接缺陷，因此問題都集中在當(dāng)滾輪通過兩邊連接處時(shí)，需要對(duì)此部位的焊接工藝進(jìn)行完善，此處問題主要是由于產(chǎn)品兩個(gè)邊連接時(shí)有夾角產(chǎn)生的，當(dāng)管子轉(zhuǎn)過滾輪時(shí)，由于本身重力的作用，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)焊接加速度，此加速度的產(chǎn)生會(huì)使原來的焊接速度增加，改變焊接參數(shù)，所以如何杜絕和避免此加速度對(duì)焊接產(chǎn)生的不利影響，將是解決此問題的根本方法。通過對(duì)問題進(jìn)行深入的分析，我們決定設(shè)計(jì)一套焊接輔助設(shè)備，此設(shè)備的作用就是在產(chǎn)品焊接時(shí)保證在整個(gè)圓周范圍內(nèi)焊接速度都是均衡的，不會(huì)產(chǎn)生變化。我們?cè)O(shè)計(jì)了一套專用設(shè)備（見圖6），在焊接時(shí)它可以將管子包圍起來，通過圓周6處夾具將管子牢牢夾住，一是焊接時(shí)滾輪架不直接與管子面接觸，二是通過輔助工裝，焊接輔助工裝可以起到轉(zhuǎn)換焊接速度的作用，因?yàn)檩o助工裝圓周為純圓形，焊接時(shí)在滾輪架上可以勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從而避免了管子通過尖角產(chǎn)生加速度[4]。

5結(jié)束語

采用本文工藝方案，我們對(duì)前期訂單數(shù)量的前10%進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)均符合項(xiàng)目的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，后續(xù)產(chǎn)品按照第一批進(jìn)行常規(guī)控制，產(chǎn)品驗(yàn)收順利完成。另外，首次焊縫沖擊試驗(yàn)不合格，對(duì)于焊接工藝的開發(fā)打擊是比較大的，通過科學(xué)的檢測(cè)手段，最終找到了造成不合格的根本原因，通過改正相關(guān)不合理參數(shù)，第二次就很好地完成了沖擊試驗(yàn)，為項(xiàng)目順利進(jìn)行提供了強(qiáng)有力的保障，在焊接工藝應(yīng)用階段，通過生產(chǎn)結(jié)合實(shí)際，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行深入的分析，找到了產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的原因，通過設(shè)計(jì)制造相關(guān)工藝裝備，保證了產(chǎn)品能夠順利達(dá)到項(xiàng)目要求，從而順利交付。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱鍇年，裘學(xué)強(qiáng)，管偉.低溫風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)環(huán)的焊接工藝研究[J].金屬加工(熱加工)，2017（4）：61-64.

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[3]史耀武.焊接制造工程基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

[4]陳祝年.焊接工程師手冊(cè)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者：王海峰 單位：上海豐標(biāo)檢測(cè)技術(shù)有限公司