等離子焊接系統(tǒng)在不銹鋼焊管中的應(yīng)用

1、等離子焊接系統(tǒng)在不銹鋼焊管中的應(yīng)用陳國余 劉毅 王林林 陳春陽昆山華恒焊接設(shè)備技術(shù)有限公司 215301摘要：本文簡要的介紹等離子焊接特點(diǎn)及工藝，著重介紹了該系統(tǒng)在焊管行業(yè)中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：等離子焊接 小孔效應(yīng) 不銹鋼焊管abstract：This article simply describes the technique and character of plasma welding, focus on application of auto plasma welding strain steel pipe.key words：plasma welding key hole effect

2、strain steel welding pipe前言用先進(jìn)的自動(dòng)焊接工藝和與之相配套的專機(jī)設(shè)備可以大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本，改善工人的勞動(dòng)條件。然而，早先國內(nèi)焊管生產(chǎn)線目前仍處于比較落后的狀態(tài)，由于國內(nèi)原先還沒有很好的不銹鋼焊管成套焊接系統(tǒng)，所以大多數(shù)廠家采用手工電弧焊和手工氬弧焊，這兩種焊接方法應(yīng)用不銹鋼焊管生產(chǎn)線有很多缺點(diǎn)：板材焊前坡口制備成本高；焊接效率慢；由于是手工操作，焊接質(zhì)量得不到保證，產(chǎn)品合格率低；熱輸入量大，工件變形大等。與之相比，等離子焊接由于能量集中，不開坡口，一次可實(shí)現(xiàn)8mm不銹鋼單面焊雙面成型，大大減少了焊前準(zhǔn)備工作，保證了質(zhì)量，提高了效率。目前

3、，國內(nèi)焊管生產(chǎn)量達(dá)到1660×104t，其中70%以上仍停留在落后的生產(chǎn)設(shè)備和工藝，所以大力推廣等離子焊接系統(tǒng)在不銹鋼焊管行業(yè)中的應(yīng)用勢在必行。1 等離子弧產(chǎn)生原理等離子弧是離子氣被電離產(chǎn)生高溫離子化氣體，并經(jīng)過水冷噴嘴的機(jī)械壓縮，從噴嘴中心小孔穿出而形成等離子電弧，其能量密度可達(dá)105-106W/cm2，比自由電?。s105 W/cm2以下）高，其溫度可達(dá)18000-24000K，也高于自由電?。?000-8000K）很多，等離子電弧焊接工藝的基本原理見圖1。圖1 等離子電弧產(chǎn)生原理2 等離子焊接工藝的優(yōu)點(diǎn) 1) 穿透能力強(qiáng)，8mm以下板厚無須開坡口，大大減小了焊前準(zhǔn)備 時(shí)間。2)

4、 電弧能量集中，焊接熱影響區(qū)小，焊接變形小。3) 焊接速度快，等離子比手工氬弧焊減小4-5倍時(shí)間。4) 卓越的重復(fù)生產(chǎn)性。5) 弧柱剛性大，采用小孔效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單面焊雙面成型。6) 電極縮在噴嘴內(nèi)，不易污染和燒損及電極壽命長，焊縫缺陷少。7) 焊接質(zhì)量好，可焊材料多。8) 等離子弧具有良好的可控性和調(diào)節(jié)性等。圖2所示為TIG電弧與等離子電弧相比較，可以清楚的體現(xiàn)等離子電弧的優(yōu)越性。從圖可以看到，電弧在軸向增加20%弧柱截面積時(shí)，TIG焊只有0.12mm，而等離子弧卻可以達(dá)到1.2mm，可見等離子弧更挺，能量更集中。圖2 TIG電弧與PLASMA電弧比較3 等離子焊接設(shè)備介紹等離子焊接設(shè)

5、備包括焊接電源、焊槍、拖罩、專用制冷水箱、氣路系統(tǒng)等部分組成見圖3。圖3 等離子焊接設(shè)備1) 焊接電源、除焊接鋁及其合金外，我們用直流電源見圖4。該焊接電源采用最新技術(shù)的數(shù)字化逆變電源，可以在網(wǎng)絡(luò)電壓上下波動(dòng)20%情況下正常工作，特別適合我國的基本國情；數(shù)字化電源系統(tǒng)響應(yīng)速度快，控制精度高，性能穩(wěn)定；維弧電流可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，保證維弧穩(wěn)定。在焊管行業(yè)我們選用電源型號為DC-P400，其額定電流為400A，20ºC時(shí)，暫載率為60%。 圖4 等離子焊接電源2) 等離子焊槍等離子焊接時(shí)產(chǎn)生等離子電弧并用以進(jìn)行焊接的工具稱為等離子焊槍。如圖5所示。焊槍的結(jié)構(gòu)，制造的精度，制造的工藝等等，均會(huì)影

6、響等離子焊槍的性能，也決定了等離子焊接的施焊工藝的難度。焊槍的冷卻能力也是衡量等離子焊槍好壞的重要指標(biāo)。焊槍的噴嘴，鎢極夾必須得到充分的冷卻。等離子焊接時(shí)，鎢極一定要與噴嘴同心。內(nèi)縮量可以自由調(diào)節(jié)是一把好等離子焊槍必須具備的能力。 圖5 等離子焊槍等離子焊槍噴嘴尺寸，孔徑大小，結(jié)構(gòu)形式也是影響焊接效果的重要因素，孔徑尺寸根據(jù)板厚及焊接電流來決定。3) 專用制冷水箱由于等離子弧溫度高，所以噴嘴的冷卻效果的好壞，直接影響焊接過程中能量的穩(wěn)定性，即能否產(chǎn)生穩(wěn)定的等離子電弧，從而影響到焊接效果。鑒于此，等離子焊接一定要配置專用的制冷水箱，提供恒定的水溫。4) 高精度可調(diào)節(jié)的等離子氣表等離子氣流量的大小

7、，直接影響焊接能量，在焊接過程中，提供穩(wěn)定的等離子氣流量至關(guān)重要。因而一般的流量表滿足不了等離子焊接需要，所以等離子焊接應(yīng)配置高精度的等離子氣表，其精度為0.01L/min。4 等離子焊接工藝影響等離子焊接的工藝參數(shù)很多，焊接電流、焊接速度、等離子氣流量、噴嘴孔道比、噴嘴孔徑、鎢極形狀尺寸、鎢極內(nèi)縮量、送絲速度、冷卻水溫度、環(huán)境溫度、背面保護(hù)氣、正面保護(hù)氣等都不同程度會(huì)影響等離子焊接的接頭質(zhì)量，圖6所示為固化噴嘴孔道比、噴嘴孔徑、鎢極形狀尺寸、冷卻水溫度后焊接電流、焊接速度、等離子氣流量對中厚板焊縫成型的影響。 圖6 各參數(shù)對焊縫成型的影響不銹鋼中厚板等離子焊接的主要影響因素為焊接電流、焊接速

8、度、等離子氣流量，其焊接工藝參數(shù)見表1。表1 焊接工藝參數(shù)表 參數(shù)板厚離子氣L/min焊接速度mm/min焊接電流A送絲速度mm/min31.0-3.5200-40080-180根據(jù)工件狀態(tài)決定送絲速度的大小42.0-4.2120-350100-22052.5-4.5110-350120-25062.5-4.590-370140-28083.0-5.5150-350170-300*備注：保護(hù)氣的種類可選擇Ar+H2混合氣體，有利于提高電弧的能量。5 等離子焊接系統(tǒng)在不銹鋼焊管中的應(yīng)用此行業(yè)生產(chǎn)的承壓管長度一般為6000mm，材質(zhì)為奧氏體不銹鋼如304（l），316（l），321等，厚度3mm，

9、直徑133mm，焊縫質(zhì)量要求外觀成型美觀，X射線探傷二級合格。我們采取的工藝是3-8mm等離子單面焊雙面一次成型；>8mm開Y型坡口，留5-6mm鈍邊，采用等離子焊接打底，氬弧焊或等離子蓋面，也有采用埋弧蓋面。1) 設(shè)備配置該系統(tǒng)由等離子焊接電源，等離子焊槍，專用制冷水箱，送絲機(jī)構(gòu)，可編程控制箱，邊梁行走機(jī)構(gòu)，管件芯軸支架和內(nèi)保護(hù)機(jī)構(gòu)等組成見圖7。圖7 焊接工裝示意圖2) 邊梁行走機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)采用在立柱上固定橫梁，橫梁上面裝有矩形導(dǎo)軌，側(cè)面安裝齒條，小車安裝在橫梁導(dǎo)軌上移動(dòng)。由于采取多組滾動(dòng)軸承，小車運(yùn)行輕便靈活。小車運(yùn)行由直流電機(jī)經(jīng)微型減速器，再經(jīng)齒輪，齒條實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)。直流電極為無級調(diào)

10、速。3) 芯軸支架芯軸上有槽，槽內(nèi)通保護(hù)氣體。在焊接不同直徑工件時(shí)，可通過旋轉(zhuǎn)手輪，調(diào)整芯軸高度，適應(yīng)不同工件直徑焊接。 4) 內(nèi)保護(hù)裝置 此裝置設(shè)計(jì)的好壞，直接影響焊接效果，我們有兩種形式：方式一：管內(nèi)拖罩通過專門的行走機(jī)構(gòu)與焊接小車同步來通氣。方式二：整個(gè)背保護(hù)裝置中通氣。方式一結(jié)構(gòu)復(fù)雜，省氣；方式二結(jié)構(gòu)簡單。5) 送絲機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，送絲輪上方有壓緊輪，通過彈簧杠桿壓緊，可送焊絲直徑0.8-1.6mm。6) 可編程控制器除焊接電源提供電流以外，焊接工裝如行走小車、十字滑架和送絲等動(dòng)作均由焊接控制器來控制。7) 實(shí)際應(yīng)用及焊接效果某焊管廠材質(zhì)為321，厚度為14mm，傳統(tǒng)的焊接工藝采用TIG焊接工藝，每人每天只可以生產(chǎn)0.5根管子。利用等離子焊接設(shè)備后，采用等離子打底，TIG蓋面。焊接生產(chǎn)率為每人每天3根，返修率減少到接近于0。實(shí)際應(yīng)用如圖8所示。圖8 實(shí)際應(yīng)用焊接效果如圖9、圖10所示： 圖9 焊縫正面 圖10 焊縫背面8) 焊管的生產(chǎn)步驟焊管的生產(chǎn)步驟如圖11所示：摸具工裝點(diǎn)焊卷圓裝夾剪板下料焊接X射線探傷成品入庫圖11 生產(chǎn)流程6 結(jié)束語用等離子自動(dòng)焊接不銹鋼焊管取代傳統(tǒng)的手工焊接方法，不僅可以大大降低制造成本，而且提高了焊接質(zhì)量及生產(chǎn)效率，有利于改善目前