流 量 計 管 內 孔 的 TIG 焊 接 工 藝

流量計管道作為工藝管道， 應符合 ASME B31.3承壓要求， 本文研究的產品型號， 其承受壓力應≥10 MPa， 焊縫應達到的要求為 ： ①管道根部應全焊透； ②背面***大咬邊不超過 0.2 mm； ③***大余高不超過 0.2 mm； ④***大未填滿不超過 0.2 mm；⑤焊縫氣體保護效果應達到 AWS D18.2 中的 5 以上水平。

焊接位置為 5G 管全位置焊接， 焊接接頭如圖 1所示。

由于焊縫表面位于管道內部， 焊接時不可觀測，因此， 目視檢查焊縫背面的熔透作為輔助的管道根部熔透的見證， 在此稱其為佐證熔深。 其***終的檢查需要將焊縫切片， 做宏觀金相試驗來判斷。 待焊縫完成后， 用檢查量規測量判斷其背面咬邊及正面未填滿/余高是否合格。

1.工藝要點

本工藝為 TIG 焊自熔工藝， 焊接材料為 316L 奧氏體不銹鋼， 保護氣體為 φ（Ar）99.995%， 氣路為三路， 分別是管道內部、 管道背面及焊槍處。 考慮到氬氣密度較大， 應盡量將表體管道凸起部分向下放置， 以便于氬氣從底部向上將空氣排空， 由于管道較長， 所以通氣時間也應較長。 經氧分析儀測試，背面排空的時間為 31 s， 管道內排空的時間為 100 s。

 在對管道進行全位置焊接的過程中， 熔池受到重力的影響， 周向會發生如下變化：

 在上坡焊過程中受到電弧吹力及重力影響， 焊縫會略寬且淺， 在下坡焊過程中受到電弧吹力及重力影響， 焊縫會略窄且深， 因此在實際焊接時， 應將焊接程序分區間， 綜合考慮結構上的導熱及焊接姿態， 筆者以圖 2 中 3 點鐘方向為起弧位置， 0°~ 100°為區間一， 100°~270°為區間二， 270°~380°為區間三。 熔池在不同位置的受力情況如圖 2 所示。

當鎢極位置距接頭很近時： 電流小時， 則熔深淺， 有未焊透的風險； 電流大時， 則熔深大， 但同時背面的佐證熔深也很大， 因為沒有填充材料， 所

以背面有咬邊的風險， 造成焊縫不合格。

當鎢極位置距接頭很遠時： 電流小時， 則熔深淺， 在深度方向有未焊透的風險， 同時在寬度方向還有焊縫錯位未焊到接頭的風險； 電流大時， 則熔深大， 但熔深***深的位置不在接頭處， 佐證熔深不可見， 沒有背面咬邊的風險， 但寬度方向， 焊縫仍有錯位未焊到接頭的風險。

由圖 5 中 4 個角上的金相圖可以大概得到一個合格焊縫的參數范圍， 即由 4 個角連成較大的長方形， 而得到的***優參數大概處于的長方形中心， 因

此， 當峰值電流與鎢極位置圍繞著***優參數小范圍變化時， 仍然可以得到合格的焊縫， 說明了該工藝的包容性和穩定性。

（1） 為了使上述較大的長方形盒子更大， 嘗試在***優參數的基礎上加入微小的焊槍擺動， 加入擺動后的***終工藝參數見表 7， 采用有擺動的***優工藝參數的宏觀金相組織如圖 6 所示。

（2） 焊縫的外觀： 氣體保護效果應使焊縫顏色達到 AWS D18.2 中 5 以上的水平， 通過進行不同預充氣時間下焊縫顏色的對比及氧分析儀的測試結果，***終確定氣體保護的時間。 結合工藝要點部分， 對

氣體保護的控制， 隨著預充氣時間的延長， 焊縫的保護效果逐漸改善， ***終預充氣 3 min 及以上， 可以達到 AWS D18.2 中 2~3 的水平， 滿足要求。 焊縫外

觀如圖 7 所示。

3.結論

采用 Minitab 軟件及試驗設計的方法， 取得了令人滿意的參數， 使得焊接時不易觀察、 焊接后無法進行無損探傷、 不易檢測的焊縫有了充分的工藝依據， ***終按照 ASME 第九卷進行焊接工藝評定， 并順利通過。 為了驗證工藝一致性， 隨后共切了 100片焊縫， 觀察宏觀金相， 結果根部全部焊透， 外觀也全部符合目視檢查要求， 100%保證了焊縫質量。