鋁合金螺旋焊管雙面雙弧TIG焊接技術

扈如俊

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，江蘇 揚州225200)

鋁合金螺旋焊管雙面雙弧TIG焊接技術

扈如俊

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，江蘇 揚州225200)

為了得到較高焊接質量的鋁合金螺旋焊管，提高焊接效率，采用新型雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術對6mm、7mm、8mm、10mm高強耐蝕鋁合金板材進行了焊接試驗，并對所焊試樣的焊接接頭進行了射線和金相檢測。檢測結果表明，采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接工藝，焊縫成形美觀，無氣孔、夾渣、焊瘤、咬邊等缺陷；焊縫內部質量、金相組織符合標準規范要求。

焊接；鋁合金螺旋焊管；雙面雙弧脈沖波控TIG焊接；焊接工藝

目前，國內鋼制螺旋管焊接技術已經較為成熟[1-2]，大多采用自動埋弧焊接方式，但鋁合金螺旋焊管生產工藝被德國、法國等少數國家壟斷。在鋁合金螺旋焊管生產中，螺旋焊縫的焊接是非常重要的一環。由于國內對鋁合金螺旋管焊接的許多技術難點還未攻克，目前幾乎不能生產，因此國內對鋁合金螺旋焊管的需求只能依賴進口。

近幾年，隨著國內對鋁合金螺旋焊管需求的增加，攻克螺旋管焊接技術難點迫在眉睫。鋁合金焊接容易出現氣孔、夾渣等缺陷，為了得到較高的焊接質量，提高焊接效率，本研究采用新型雙面雙弧焊接技術進行鋁合金螺旋焊管的焊接。

1 鋁合金螺旋焊管的特點及應用領域

鋁合金螺旋焊管以鋁合金卷板為原材料，通過鋁合金螺旋焊管生產線，將鋁合金卷板按一定的螺旋線角度(成型角)卷成管坯，然后將管縫焊接起來制成鋁合金螺旋焊管。成型焊接后的鋁合金螺旋焊管如圖1所示。鋁合金螺旋焊管與鋁合金直縫焊管相比，其生產過程是連續的，因此生產效率更高，而鋁合金直縫焊管生產工序是分段的，相對生產效率較低。鋁合金螺旋焊管與鋁合金無縫管相比，小直徑時選用鋁合金無縫管較多，大直徑時由于成本高且受模具規格的限制，使得大直徑鋁合金無縫管的使用受到限制。特別是大直徑薄壁鋁合金無縫管，由于受生產技術的限制，幾乎不能生產，但可以生產任意直徑和壁厚的鋁合金螺旋焊管[1-2]。

圖1 成型焊接后的鋁合金螺旋焊管

鋁合金螺旋焊管在兩端焊上法蘭后即成為鋁合金螺旋焊管管殼，如圖2所示。鋁合金螺旋焊管管殼是核電、水電和火電電站用超(特)高壓輸變電母線管系統(GIL)的關鍵部件，主要用于核電、水電、火電等大型電站的主變壓器至組合電器的超(特)高壓傳輸、大都市地下超高壓變電站、超(特)高壓超遠程傳輸等特殊區域，同時在嚴寒、高海拔、重污穢、人口稠密地區用GIL替代高架電纜輸送超(特)高壓電能。

圖2 鋁合金螺旋焊管管殼

2 鋁合金螺旋焊管生產工藝流程

鋁合金螺旋焊管成型-焊接生產工藝流程[3-4]：鋁合金卷板開平→鋁合金板矯平→鋁合金板銑邊→成型機將板料成型為圓管狀(上卷成型法)→雙面雙弧焊接→檢驗檢測→螺旋焊管切斷→螺旋焊管下線。

3 焊前準備

3.1 坡口加工及其表面清理

鋁合金板帶在三輥成型之前進行剪切邊，再用銑邊機銑出焊接坡口，同時修去板邊毛刺，去除氧化膜，并設置有清洗裝置，可靠消除坡口及其兩側表面的氧化膜，保證焊接過程的穩定和焊縫質量。

3.2 解決焊管傳動過程中的“竄動”問題

由于螺旋焊管傳動時會在前后方向上發生“竄動”，因此制作了一套柔性焊接跟蹤系統，以確保焊接過程順利連貫，從而保證焊接質量。

3.3 成型與組對的精度控制

為了確保鋁合金螺旋焊管成型與組對的精度，研制了鋁合金板帶開卷、矯平、電動夾送送進、三輥彎板、內承式定徑等工藝和生產線裝備，突破了液壓驅動方式、步進式驅動調節螺旋成型角等關鍵技術。生產過程中，以鋁合金焊管中心線為基準定位，依據現場卷板對口情況自動識別接頭坡口間隙和對口錯邊量，自動調整液壓驅動，保證鋁合金焊管成型中心線符合設計要求，從而保證組對精度[5]。

4 鋁合金螺旋焊管的焊接技術

4.1 雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術的優越性

鋁合金螺旋焊管焊接時，采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接工藝，I形坡口，對稱焊接，不留間隙，僅需填充少量的焊接材料，實現了低耗高效優質焊接；焊接過程中，雙弧脈沖電流同時對稱焊接，雙弧參數相互協調成形。焊接時，雙弧電流同時同步同點加熱，既保證了根部熔合，減少了氣孔等焊接缺陷，又解決了焊接速度與焊縫成形的矛盾。該焊接工藝可以實現高效、高速、無缺陷的焊縫，焊接接頭成形美觀，質量優良[1-4]。

鋁合金焊接對接頭坡口表面清理要求高，若不采用雙面雙弧對稱焊，則需要解決多層焊坡口清理的難題，采用雙面雙弧立焊技術，對6mm、7mm、8mm、10mm鋁合金板材可一次性焊透，不用清根，極大地提高了生產效率。雙面電弧TIG立焊系統如圖3所示。

圖3 雙面電弧脈沖TIG立焊系統示意圖

4.2 焊接材料的選用

填充材料選用與母材同類的材質，焊絲直徑1.2mm。保護氣體采用99.999％的高純Ar[3-6]。典型母材與焊絲的化學成分見表1。

4.3 焊接工藝參數的確定

制作若干組焊接試樣，采用I型坡口，焊接時不留間隙。研究了不同焊接參數對接頭質量的影響，對焊接試樣進行外觀、射線、組織、成分及力學性能等一系列檢測，最終確定6～10mm高強耐蝕鋁合金螺旋焊管焊接工藝參數[3-8]見表2。

表1 典型母材與填充材料的化學成分

表2 不同厚度高強鋁合金平板焊接工藝參數

雙面雙弧脈沖波控TIG焊接的電流波形如圖4所示，鋁合金螺旋焊管批量生產的焊縫照片如圖5所示。

4.4 焊縫射線檢測及金相檢查結果

高強鋁合金螺旋焊管成形焊后均采用射線檢測，檢測結果表明，焊縫無氣孔、夾渣、焊瘤、咬邊等缺陷，且焊縫紋路美觀，全部符合核電等產品圖樣要求，達到I級片的標準[9-11]。

對焊接接頭進行宏觀形貌抽樣檢查，結果如圖6所示。由圖6可見，焊縫內部無缺陷，組織和正常TIG焊一致，組織致密，和母材無明顯差異。

圖4 雙面雙弧脈沖波控TIG焊接電流波形

圖5 高強鋁合金螺旋焊管批量生產的焊縫照片

圖6 高強鋁合金螺旋焊管焊接接頭宏觀形貌

5 結束語

采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術，對6mm、7mm、8mm、10mm高強耐蝕鋁合金板材可一次性焊透，不用清根，螺旋焊管生產效率高。采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術，焊縫成形美觀，焊縫內部質量、金相組織符合標準規范要求。采用雙面雙弧脈沖波控TIG焊接技術，可實現鋁合金螺旋焊管的國產化生產。

[1]馮日海，周方明，蔣成禹.雙弧焊工藝研究現狀及發展[J].焊接，2002(1)：5-8.

[2]王克鴻，高飛，高俊平，等.基于視覺的機器人智能化焊接技術現狀及發展[J].機械制造與自動化，2010，39(5)：1-6.

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TIG Welding Technology of Double Side Double Arc for Aluminum Alloy Spiral Welded Pipe

HU Rujun
(Jiangsu Special Equipment Safety Supervision and Inspection Institute,Yangzhou 225200,Jiangsu,China)

In order to get higher welding quality aluminium alloy spiral welded pipe,and improve the welding efficiency,it adopted newer double side double arc welding technology to conduct welding tests on 6mm,7mm,8mm and 10mm thickness high strength aluminium alloy steel plates,and carried out X-ray testing and metallographic test.Test results showed that adopting the double side double arc pulse wave control TIG welding process,weld appearance is good,without stoma,inclusions,welding beading,undercut and other defects;the internal quality of weld and metallographic organization conform to the requirements of the standard specification.

welding； aluminum alloy spiral welded pipe； double side double arc pulse wave control TIG welding； welding process

TG445

A

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.12.004

扈如俊(1971—)，男，漢族，工程師，現任鍋爐壓力容器檢驗室主任，主要研究方向鍋爐壓力容器壓力管道制造監檢。

2016-08-10

修改稿收稿日期：2016-11-01

羅 剛

中石油西氣東輸三線東段建成通氣

2016年12月12日，來自中亞國家和塔里木氣區的天然氣到達福建省福州市，西氣東輸三線東段工程建成通氣，開始進行調試。西氣東輸三線是繼西氣東輸二線建成投產后又一條橫貫中國東西兩端的能源戰略通道。西氣東輸三線東段吉安—福州段工程起于西二線江西吉安聯絡站，止于福建省福州末站，全長832.4km，設計年輸量150億m3，設計壓力10MPa。

西氣東輸三線東段工程于2012年9月26日正式開工，工程經過贛南閩西丘陵地區和福建沿海發達地區，管道沿線80％為山區，管線穿越山體隧道、大型河流眾多，工程建設難度和風險大。管道建設過程中注重環境保護和水土保持，沿線臨時占用農田已全部復耕，將為后續同類工程施工樹立了環保榜樣和技術標桿。

據悉，為更好保障和服務福建省天然氣需求，2020年前擬建設7條支線，并擇機與中海油福建管網互聯互通。

(黃蔚莉摘自中國石油天然氣集團公司網站)