小管径水平固定全位置TIG焊接技术

巢杰，杨杰，吴永福，于吉恒，程超

1.常州铁道高等职业技术学校 江苏常州 213011

2.中车南京浦镇车辆有限公司 江苏南京 210031

1 序言

TIG小管径水平固定对接，焊接位置从仰焊位，经过立焊位再到平焊位，焊接位置不断在变化，焊丝、焊枪角度也应随着管壁弧度不断变化进行调整，同时需要双手协调配合，并且要求单面焊双面成形，焊接难度大大增加。本文以φ50mm×4mm管子对接为例，根据管壁厚度，采用3层3道焊接，操作中将管子分为左右两个半圆进行焊接。

2 焊接工艺

（1）试件及焊接材料 钨极氩弧焊试验选用母材为Q235、φ50mm×4mm的管子，V形60°对接坡口，对接间隙2～2.5mm，钝边0.5mm。选用ER50-6、φ2.5mm焊丝，保护气体选用纯度大于99.98%Ar。钨极选用φ2.5mm铈钨材料（见图1）。

图1 铈钨极加工

（2）焊前准备 认真清理管子坡口正反面，20mm范围内进行打磨，清除锈蚀、油污、水分等污物，以露出金属光泽为好，确保焊缝的质量和美观。

小径管定位焊时，为减少处理接头的时间，保证良好的焊接质量，应尽量减少定位焊点，可以只固定一点。通常起焊处在6点位，因此定位点可设置在12点位（见图2）。定位焊完成后，可用打磨机或钢锯将定位焊点两端加工出斜坡，有助于接头熔透。定位焊缝要求焊透且不得有焊接缺陷。

图2 定位焊点位置

（3）焊接参数 选用奥太焊机，具体焊接参数见表1。考虑到12点的位置收缩量较大，应适当调整上下间隙，上面间隙略大于下面间隙。喷嘴与焊件应保持合适距离，距离过长时，氩气保护效果变差，距离过近时，不但会干扰熔池成形，焊工视线也会受到阻碍，喷嘴至坡口距离一般为5～10mm[1]。

表1 焊接参数

3 焊接要求及过程

TIG小管径水平固定对接全位置焊接是焊接技能大赛常用考题。φ50mm×4mm小管焊接要求单面焊双面成形，全焊缝需进行X射线检测。底部5～7点位置不允许定位焊，定位点长度≤15mm。

管子焊接时，通常将管子焊缝以时钟位置分左右两个半圆来焊接。一般采用3层3道焊，焊接时，焊枪角度、加丝位置和电弧位置都必须随管壁弧度发生变化，如图3所示。

图3 焊枪角度

4 焊接要点

（1）打底焊 打底焊是管对接接接头质量的关键。对于TIG小管径水平固定对接全位置焊接的打底焊，采用小电流快速焊，较好地控制电弧长度，以防止底部6点金属液下坠，顶部12点背面形成焊瘤，同时要求焊缝表面平整，坡口两边熔化良好。

1）焊接过程中，要随时观察熔池的形状，调整好焊枪角度和焊接速度，焊枪与管两侧分别呈90°，防止熔孔扩大出现送丝不畅，形成断丝。焊丝与管子切线呈10°～15°，焊枪与焊丝夹角呈75°～90°。焊接收弧时比较关键，要延迟保护气体输送，防止产生收缩孔，收弧不宜突然，否则容易产生收缩孔，可将电弧引至坡口的一侧缓慢收弧，防止焊缝中间出现收缩孔。

2）底部接头焊接要注意由于视线、角度不好，容易出现内凹、未熔合和焊瘤。另外，焊接时应尽可能缩短在高温区的停留时间，在保证完全焊透、全熔合的情况下，通过降低熔池温度，减少热输入量，改善焊接接头性能。

3）操作要领。在仰焊部位6点处后移半个钟点引弧进行焊接，焊接操作顺序如图4所示。打底层焊接时必须控制钨极伸出长度，钨极需基本垂直于管子的轴线。电弧引燃后，焊枪在引弧处压低电弧不做运动，母材熔化后，才可往熔池中填充焊丝（见图5），焊丝沿坡口的上方送到熔池后，并将焊丝向熔池顺势推送，从而能提高焊缝背面的高度，避免凹陷和未焊透。在填丝的同时，焊枪要缓慢地匀速向前移动，角度要随管子弧度及时调整，直至焊完前半圈，在水平位置时钟12点处收弧。焊接过程中要严格控制好熔池温度、焊接节奏和送丝量，防止出现焊缝过高、烧穿、脱节、未熔合等焊接缺陷，方能保证焊缝成形美观[2]。

图4 焊接操作顺序

图5 焊丝填加

右半圈焊接完成后，再进行左半圈焊接。焊前对焊缝进行适当清理，6点位置可以使用钢锯，锯出斜坡口，便于焊透。引弧点可在5点半位置，当固态焊缝转化为液态熔池并产生熔孔后，可填加焊丝进行焊接，操作手法如同右半圈，焊至12点位。

熔池的温度和熔孔的大小对比如图6所示。

图6 温度与熔池对比

（2）填充焊 焊接时，先行清理打底焊缝氧化皮，焊接时焊枪横向摆动宽度比打底焊略宽、焊接速度略慢，电弧至坡口两侧略作停顿，保证熔池与母材充分熔合。填充焊缝高度比管平面低0.5mm左右，且要求焊缝保持平整，避免中凸边凹，防止盖面焊接时边凹部位熔合不良。

（3）盖面焊 具体方法如下。

1）多层焊接的一个重要问题是对层间温度和层间时间必须加以控制。前一层和后一层的焊接时间应尽可能地控制在几分钟内，前一层焊缝有预热作用，层间温度等于预热温度；第二层的焊接热量可以促使第一层中氢的迅速逸出。

2）盖面接头应与前两层错开，可以确保焊缝内部质量，焊枪还是应始终与管面弧度保持在80°～90°，从引弧处前半个钟点左右引弧往回拉起弧并稍作停留，然后横向锯齿运条，直至填满弧坑再收弧。

3）操作要点：在盖面层焊接时，应控制好电弧长度和钨极伸出长度。焊接方法与打底、填充层焊道相同，焊枪横向摆动幅度比填充层稍大、焊接速度稍慢，坡口两侧稍作停顿，应控制好坡口棱边的熔化，焊接熔池边缘应完全把坡口棱边化掉，并填满防止咬边，焊缝余高应控制在0.5～1mm。

当管焊缝色泽呈现灰黑色时，可从以下方面查找问题：①焊接电流偏大。②焊接节奏偏慢。③焊丝添加量偏少。

对应措施：①减小焊接电流。②加快焊接速度。③焊丝添加适当多些。④加强控制热输入量。

5 结束语

TIG焊焊接过程稳定，不产生飞溅，保护效果好，热影响区小，焊缝金属纯净，含氢量少，几乎适用于所有金属或合金的焊接，成形美观，工艺性能好，工件合格率高。尤其对有色金属的焊接，效果更佳。