淺談薄壁管與管塞的焊接

朱 萍

（江蘇海獅泵業制造有限公司，江蘇泰州214500）

0 引言

我公司承接的某核電模擬試驗項目，涉及總長為4 536 mm，外徑9.68 mm，壁厚0.65 mm的薄壁管與管塞的焊接。以我公司現有條件，可選用手工鎢極氬弧焊進行焊接，但由于工件比較長，沒有適用的工裝夾具，焊接過程中進行轉動的難度比較大，焊接過程的穩定性也很難保證，所以，要得到焊接質量穩定的焊接接頭，現有條件并不充分。

查閱相關資料后發現，在激光焊接過程中，當激光束觸及金屬材料時，其熱量通過熱傳導傳輸到工件表面及表面以下更深處，在激光熱源的作用下，材料熔化、蒸發，并穿透工件的厚度方向形成狹長空洞，隨著激光焊接的進行，小孔沿兩工件間的接縫移動，進而形成焊縫。激光焊接自動化程度高，精度高，結晶速度比一般熔焊快10～100倍，加熱和冷卻速度極快，熱影響區域極小，大大減少了應力和基體的變形。而且激光焊接組織細小均勻，不易產生裂紋，從而獲得最大的扇形塊焊接強度和較大的深寬比，焊接速度也比較快，故可以用來焊接精密零件和結構，且焊后不必矯正和機械加工。

因此，公司項目經理與技術人員經過綜合評審，確定試驗方案：分別采用激光焊與手工鎢極氬弧焊進行焊接與試驗，從焊縫外觀、力學性能、金相等方面進行對比，驗證焊接質量，進而綜合考慮，確定出該核電模擬試驗項目的理想焊接方案。

1 試驗用材料

試驗母材選用與產品同材質、同規格的薄壁管，材質為304L，規格φ9.68×0.65 mm；管塞材質為304L，規格φ9.68 mm，插入薄壁管部分外徑φ8.28 mm。

激光焊不添加焊材，尤其對于薄板和細徑線材，焊縫是在激光束作用下由母材自熔形成的；手工鎢極氬弧焊選用與母材匹配的焊絲，型號為ER308L，規格為φ1.2 mm。

2 焊接工藝參數選用

首先制備八組焊接試樣，分別選用不同的焊接參數進行激光焊接，然后進行目視及尺寸檢驗，分組進行拉伸及金相試驗，經比較，確定出激光焊的焊接參數：焊接設備型號為QL-CW1000，輸向工件表面的功率為700 W，焊接速度為35 mm/s，保護氣體為99.99%的氬氣，氣體流量為20 L/min。

手工鎢極氬弧焊焊接參數：設備型號為WS-400，焊接電流為25 A，由于工件外徑較小，且是手動旋轉工件，焊接速度無法測得，使用保護氣體為99.99%的氬氣，氣體流量為5～8L/min。

3 焊接及試驗

制備七組焊接試樣，分組分別采用上述焊接工藝參數進行焊接，焊接完成后進行滲透檢驗，并分別分組進行拉伸和金相試驗。具體分組及試驗情況如表1所示。

表1 焊接分組及分別進行試驗項目一覽表

4 試驗結果

（1）焊接接頭外觀（圖1）：手工鎢極氬弧焊因工件手動旋轉，焊絲手動送進，每條焊縫至少有三個焊接接頭，（S）2、（S）5試樣焊縫較寬且不均勻，余高較高，最高處達0.8 mm；激光焊工件自動旋轉，不添加焊絲，焊接過程穩定，（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5試樣焊縫美觀、勻稱，每條焊縫僅有一個焊接接頭，焊縫表面幾乎與母材表面齊平。

圖1 焊接接頭外觀

（2）滲透檢驗結果：（S）2、（S）5、（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5試樣均未發現超出合格標準的線性及圓形顯示，檢驗結果均合格。

（3）拉伸試驗結果：（S）2、（J）2、（J）3試樣抗拉強度分別為729 MPa、870 MPa、857 MPa，均高于母材304L最低抗拉強度480 MPa，結果合格。

（4）金相試驗結果（圖2）：（S）5、（J）4、（J）5均焊透，均未發現裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷。但（J）4、（J）5試樣焊縫深而窄，深寬比達1.8，熱影響區窄，焊接應力和變形小；（S）5試樣焊縫深寬比小，為0.4左右，熱影響區寬，焊接應力和變形較大。

圖2 金相試樣

5 結語

此項目涉及的工件長度長、直徑小、壁厚薄，若由我公司進行手工鎢極氬弧焊焊接，必定需添置自動翻轉架、工裝夾具等輔助設備，但客戶的核電試驗項目種類比較多，添置的設備后續利用率會比較低，設備閑置將造成浪費；其次，手工鎢極氬弧焊由手工操作、手動送絲，焊接過程不穩定，要得到穩定質量的焊接接頭比較難；而且焊接完成后需要進行打磨、拋光，工作量大，由于壁厚薄，還存在因打磨引起工件變形、磨破、報廢等風險。

激光焊設備帶有自動旋轉裝置，焊接全程自動化控制，一旦設定好焊接參數，焊接過程穩定，容易獲得焊接質量穩定的焊接接頭；而且焊后無需打磨、拋光等處理，既節約工時，又避免了風險隱患。

公司項目經理與技術人員鑒于以上試驗結果，并查閱相關資料、文獻，與客戶焊接專家溝通交流，一致認可：采用激光焊作為我公司承接的該核電模擬試驗項目薄壁管與管塞的焊接方法。