CN114952050B - 一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，包括以下步骤：针对8mm以上大直径厚壁圆筒，接头为对接接头，开反Y形坡口，坡口角度为60°～70°，钝边为5mm；根据焊件厚度、材料选择焊丝；内壁加装定位支撑，根据支撑滑动机构读取的两筒体之间组对间隙调整两筒体之间距离，通过调节筒体支撑调整两筒体之间错边量，使待焊工件的焊缝间隙和错边量满足焊接要求；手工TIG在外侧点焊定位；采用筒体外部等离子在前不加丝单道打底焊、TIG在后加冷丝填充盖面，筒体内部砂轮清根，SAW多道多层焊填充盖面的焊接组合方式，完成等离子+TIG电弧+SAW复合焊接，所述钢制焊接接头性能满足承压设备焊接工艺评定NB/T 47014‑2011及承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带GB/T24511‑2017的要求。

Description

一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法

技术领域

本发明涉及筒体焊接领域，尤其涉及一种大直径厚壁筒体的复合焊接方法。

背景技术

压力容器由于其使用环境和使用工况的特殊性，在高温高压和腐蚀性液体、气体环境中，压力容器的金属和焊缝要求较高，焊接工艺在压力容器制造过程中起着至关重要的作用，压力容器的焊接性能很大程度上直接决定了压力容器的质量和安全性能。随着国内石油化工及钢材制造技术的发展，8mm以上大直径厚壁压力容器的使用日益增多。随着压力容器筒体直径变大、壁厚变厚，对筒体的组对、环缝焊接工艺提出了更高要求。

等离子+TIG焊接方法是目前广泛用于化工容器的一种复合焊接方法，具有焊缝质量好、焊接效率高的优点，且每1000mm焊缝相较于SAW焊接节省近10倍焊材，节约了很大一部分焊材成本，具有良好的经济效益。现有的等离子+TIG焊接方式通常采用等离子在前不加丝打底，TIG电弧在后加冷丝填充盖面的方法，通过等离子弧能量集中、生产率高、焊接速度快和TIG电弧焊缝优质的特点，实现单面焊双面成型。但对于8mm以上的大直径厚壁筒体，使用此种焊接工艺在筒体外部焊接，焊缝会出现未焊透、未熔合等缺陷，且等离子+TIG双枪焊接设备大都不适合在内壁焊接筒体，应用不够灵活，焊接效率低，增加了企业的生产成本。另外等离子焊接对焊前筒体的装配要求较高，大直径厚壁筒体的装配间隙不易控制，若焊接时存在较大的组对间隙和错边量，易导致焊缝出现未焊透或焊漏的质量问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，为解决在不锈钢中8mm以上大直径厚壁筒体焊接时，采用等离子+TIG焊接方式，焊缝熔透性差，焊接效率低，焊前装配要求高的问题，通过调节内壁定位支撑控制两筒体之间组对间隙和错边量，从而满足等离子焊对焊前筒体装配要求高的问题，采用自动等离子+TIG弧和自动SAW焊接，提升大直径厚壁筒体的焊接质量和效率，提供一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法。本发明采用等离子弧+TIG电弧+SAW联合焊接方法焊接，焊接效率比等离子+TIG提高，焊接的厚度范围增大，背面焊缝焊透稳定性增加，实现了8mm-25mm厚大直径厚壁筒体的高效稳定焊接。本发明等离子弧+TIG电弧+SAW联合焊接方法由等离子弧、TIG电弧和SAW组成，焊接时，筒体外部采用等离子不加丝单道打底焊、TIG加冷丝对未焊满部位填充盖面，内部砂轮清根后，SAW多层多道焊填充盖面的焊接组合方式，所述钢制焊接接头性能满足承压设备焊接工艺评定NB/T 47014-2011及承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带GB/T24511-2017的要求，利用了等离子+TIG焊接方法焊缝质量好、节约焊材成本、焊缝成型美观、焊接效率高和SAW便于在内部焊接、焊道质量高的优点，改善了等离子+TIG焊接方法焊接8mm以上大直径厚壁筒体焊接效率低、不适合在内壁焊接、焊接厚度局限的问题。

为了解决本发明的技术问题，提出的技术方案是：

所述复合焊接方法包括等离子弧、TIG电弧、SAW，采用复合焊接方式对不锈钢中8mm以上大直径厚壁筒体开坡口进行对接；

等离子+TIG焊接装置采用环缝P+T焊接***；SAW焊接装置采用专门的十字臂埋弧自动焊机，将机头深入到筒体内部进行焊接。

具体步骤如下：

1)根据待焊工件材料及壁厚设计大直径厚壁筒体复合焊接的坡口：待焊不锈钢件开反Y型坡口；

2)焊接筒体厚度和材料的选用：不锈钢筒体的直径为1000～3000mm，厚度为8～25mm。

3)焊丝型号和直径的选用：TIG焊接时，采用直径Φ1.2mm的ER308L焊丝；SAW焊接时，当筒体厚度12mm以下时，采用直径Φ3.2mm的焊丝；当筒体厚度超过12mm时，采用直径Φ4.0mm的焊丝。

4)焊接前，对筒体焊缝两侧机械加工坡口，清理焊缝两侧内油污、毛刺等杂质，使表面露出金属本色；

5)将清理完成的待焊工件吊装至滚轮架上，在两侧筒体内壁加装定位支撑，根据支撑滑动机构读取的两筒体之间组对间隙调整两筒体之间距离，通过调节筒体支撑调整两筒体之间错边量，使待焊工件的焊缝间隙和错边量满足自动焊接要求，将内壁撑圆，所述的定位支撑包括筒体支撑(1)和支撑滑动机构(2)两部分。

筒体支撑由支撑盘(3)、支撑板(4a)、调节圆环(5)、上滑块(6)、下滑块(7)、螺母(8)、螺纹杆(9)、支撑杆(4b)、导向板(10)、导向杆(11)、限位块(12)、固定块(13)、弧形板(14)和旋转手柄(15)构成。支撑盘(3)为圆形，支撑盘(3)边缘均匀设置4对支撑板(4a)，支撑板(4a)焊接连接调节圆环(5)与支撑盘(3)，支撑板(4a)为长方体。上、下滑块分别安装在调节圆环(5)两端，每个下滑块(7)上加工有与上滑块(6)配合的螺纹，用于穿过调节圆环(5)与上滑块(6)螺纹连接。上、下滑块的数量为4对，上、下滑块为接触调节圆环(5)的底面弧形、远离调节圆环(5)的底面水平的带孔矩形块。支撑杆(4b)固定连接上滑块(6)与限位块(12)，每个上滑块(6)与限位块(12)用两个支撑杆(4b)连接。螺纹杆(9)穿过滑块、导向板(10)转动连接限位块(12)，并通过螺母(8)固定，螺纹杆(9)的个数为8个，其中4个螺纹杆(9)角度可调，其余固定。螺母(8)的数量与螺纹杆(9)一致。限位块(12)内滑动连接有两个导向杆(11)，固定块(13)固定连接导向杆(11)和弧形板(14)，该弧形板(14)一端加工有与固定块(13)配合的外螺纹。

支撑滑动机构(2)由固定块(16)、丝杠(17)、导向杆(18)、摇臂(18)、螺栓(20)、固定盘(21)构成。丝杠(17)分别穿过呈圆盘状的两个筒体支撑的中心孔，丝杠(17)左端转动连接固定块(16)，右端穿过固定盘(21)固定连接摇臂(18)。两个筒体支撑内滑动连接有四个导向杆(18)，导向杆(18)固定连接固定块(16)和右侧筒体支撑(1a)的支撑盘(3)。摇臂(18)下端用螺栓(20)与固定盘(21)相连用来止旋，摇臂(18)与固定盘(21)安装螺栓(20)的位置上均设有相配合的螺栓孔。

进一步，所述上滑块(6)、下滑块(7)与螺纹杆(9)螺旋连接在调节圆环(5)上，筒体支撑(1)通过改变上、下滑块在调节圆环(5)的位置，选取合适的支撑点对筒体支撑。

6)安装背保工装或拖罩：根据筒体直径和壁厚确定，一般为宽60m～80mm，长100mm～120mm的形式；对焊接接头外接保护罩，气体流量为10～15L/min；

7)通过手工TIG直接在外侧点焊定位筒体：一般熔深在2mm左右，焊接电流100A，焊点长度5mm左右，焊点宽度3mm，焊接间断为100mm，头尾过渡处打磨成圆滑缓坡状。如有裂纹及其他缺陷，应彻底磨掉重新点焊。

8)对不锈钢筒体进行等离子+TIG+SAW复合焊接处理，焊接起弧前设定复合焊接参数：

等离子焊所用焊接电压为29～31V，焊接电流为240～260A，焊接速度范围为150～200mm/min，焊接电源极性为直流正接；等离子焊枪中心轴与环缝切线垂直，不摆动，焊枪导电嘴至工件距离范围10～15mm，钨极内缩2.8mm；

TIG所用焊接电压为17～19V，焊接电流为230～250A，送丝速度为1200～1500mm/min，焊接速度范围为160～200mm/min，焊接电源极性为直流正接；TIG焊枪正常垂直，有摆动，横摆速度为1500mm/min，左摆距离2.3mm，右摆距离2.3mm，左停时间0.2s，右停时间0.2s，焊枪导电喷嘴至工件距离范围20～30mm，钨极和工件间距范围10～15mm；

焊丝直径为Φ3.2mm时，SAW所用焊接电流380～420A，焊接电压28～32V，线能量12.77～20.16KJ/cm；焊丝直径为Φ4.0mm时，SAW所用焊接电流500～550A，焊接电压30～36V，线能量18.0～29.7KJ/cm，焊接电源极性为直流反接，焊接速度范围为400～500mm/min；焊枪导电喷嘴至工件距离范围32～40mm；

焊接路径规划：在焊缝处的正面钝边先等离子弧不加丝打底焊一道，然后TIG电弧加冷丝对未焊满部位填充盖面焊一道，用不锈钢专用砂轮将焊缝背面打磨出金属光泽，最后在焊缝处背面坡口SAW多层多道焊；焊接时，先启动等离子弧，10s左右后，开启TIG电弧进行焊接，当等离子焊枪焊接超过起弧点15～20mm时，启动渐进熄弧程序，先关掉等离子弧，10s后，TIG焊接渐进熄弧。

9)对焊接完成的焊缝进行清理，直至表面出现金属光泽。

为了保证较好的焊接效果，在步骤8)中，起弧要尽量避开点焊焊缝，焊接过程充保护气，等离子焊枪流量控制在5～6L/min，保护气流量为20～25L/min，提前送气时间3s，断弧后氩气继续流通15s。

为了保证焊接效果，在步骤8)中自动SAW多层多道焊接时，要控制层间温度不大于150℃，考虑到渣壳容易脱落，不需要每焊完一层都使用不锈钢丝刷打磨焊缝及焊缝两侧杂质，是否进行打磨可依焊缝熔合及成型情况而定。

为了保证焊接效果，随着焊缝厚度的增大，操作人员通过电弧监控***随时观察熔池内焊缝成型情况，特别是在错边量和间隙较大的时候，要及时通过控制面板，调节焊枪喷嘴与焊缝的距离，调整焊接电流、焊接速度、送丝速度，始终保持钨极尖端与工件距离不变，自动送丝机上的焊丝尖端沿着反Y形坡口中心线行走，以保证焊枪伸入到位，避免TIG电弧漂移，改善焊缝成形状况。

步骤1)中所述的待焊工件材料为不锈钢。

步骤1)中所述的反Y形坡口，钝边厚度为5mm，坡口角度控制在60°～70°。

步骤6)、步骤9)中所述的保护气为纯度99.99％氩气或95％氩气+5％氢气；步骤8)中所述的等离子弧、TIG弧均为自动启停控制，其中TIG电弧启动与停止均滞后等离子弧10s。

步骤5)中所述的待焊工件的焊缝间隙和错边量不超过0.5mm。

步骤5)中所述的摇臂(18)与固定盘(21)安装螺栓(20)的位置上均设有相配合的螺栓孔。

有益效果：

(1)本发明采用等离子弧+TIG弧+SAW联合焊接方法焊接，焊接效率比等离子+TIG提高，焊接的厚度范围增大，背面焊缝焊透稳定性增加，实现了8mm-25mm厚大直径厚壁筒体的高效稳定焊接。

本发明等离子弧+TIG弧+SAW联合焊接方法由等离子弧、TIG电弧和SAW组成，焊接时，采用外部等离子不加丝单道打底焊、TIG加冷丝对未焊满部位填充盖面，内部砂轮打磨清根，SAW多层多道焊填充盖面的焊接组合方式，所述钢制焊接接头性能满足承压设备焊接工艺评定NB/T 47014-2011及承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带GB/T24511-2017的要求，利用了等离子+TIG焊接方法焊缝质量好、节约焊材成本、焊缝成型美观、焊接效率高和SAW便于在内部焊接、焊道质量高的优点，改善了等离子+TIG焊接方法焊接8mm以上大直径厚壁筒体焊接效率低、不便在内壁焊接、焊接厚度局限的问题。

(2)本发明筒体对接过程中设计使用了筒体内壁定位支撑，使用中心连接的两个筒体支撑，根据支撑滑动机构读取的两筒体之间组对间隙调整两筒体之间距离，通过调节弧形板的伸长量调整两筒体之间错边量，保证焊前筒体的组对间隙和错边量满足自动焊接要求，从而保证了大直径厚壁筒体等离子焊接的质量；通过沿调节圆环移动上下滑块调整螺纹杆的角度，选取合适的支撑点对筒体支撑，保证内壁定位支撑与筒体贴合；筒体支撑安装螺纹杆、导向杆、限位块的结构，配合导向板，通过螺纹杆调节导向杆，使导向杆加长或缩短，实现对不同直径筒体的支撑，节约制造成本；只需根据支撑滑动机构导向杆上的刻度转动摇臂就可以将左侧筒体支撑移动到合适位置，便于左侧筒体支撑的安装；使用旋转手柄和螺母固定筒体支撑，通过螺栓对摇臂止旋，使调整完成的筒体支撑位置固定，从而提高了焊接效率。

(3)使用自动等离子+TIG弧和自动SAW代替手工电弧焊，使焊接效率和焊缝稳定性大大提高，设计坡口形式为反Y形坡口，坡口角度控制在60°～70°，坡口面底部留有5mm厚的钝边，实现了直径Φ1000～3000mm，厚度8～25mm的大直径厚壁钢制筒体焊接，改善了劳动强度、焊接作业环境和焊材利用率低等问题。

(4)本发明的P+T+SAW焊接方法能够解决用等离子+TIG焊接8mm以上大直径厚壁筒体存在未焊透、未熔合和大直径厚壁筒体组对困难的问题，通过调节内壁定位支撑控制两筒体之间组对间隙和错边量，从而满足等离子焊对焊前筒体装配要求高的问题，采用自动等离子+TIG弧和自动SAW焊接，提升大直径厚壁筒体的焊接质量和效率。

(5)本发明公布了一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，涉及筒体焊接领域，尤其涉及一种大直径厚壁筒体的复合焊接方法，包括以下步骤：针对8mm以上大直径厚壁圆筒，接头为对接接头，开反Y形坡口，坡口角度为60°～70°，钝边为5mm；根据焊件厚度、材料选择焊丝；内壁加装定位支撑，根据支撑滑动机构读取的两筒体之间组对间隙调整两筒体之间距离，用筒体支撑调整两筒体之间错边量，使待焊筒体的焊缝间隙和错边量满足自动焊接要求；手工TIG在外侧点焊定位；采用筒体外部等离子在前不加丝单道打底焊、TIG在后加冷丝填充盖面，筒体内部砂轮清根，SAW多道多层焊填充盖面的焊接组合方式，完成等离子+TIG电弧+SAW复合焊接，所述钢制焊接接头性能满足承压设备焊接工艺评定NB/T 47014-2011及承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带GB/T24511-2017的要求。本发明适用于8mm以上大直径厚壁筒体，焊缝质量好、节约焊材成本、焊缝成型美观、焊接效率高，能够提高大直径厚壁筒体装配质量，改善等离子+TIG焊接8mm以上大直径厚壁筒体焊接效率低、不便在内壁焊接、焊接厚度局限的问题。

附图说明：

图1是焊接坡口示意图

图2是内壁定位支撑工作状态的整体结构示意图

图3是筒体支撑结构示意图

图4是支撑滑动机构结构示意图

图5是上下滑块结构示意图

图中：1-筒体支撑、1a-右侧筒体支撑、1b-左侧筒体支撑、2-支撑滑动机构、3-支撑盘、4a-支撑杆、5-调节圆环、6-上滑块、7-下滑块、8-螺母、9-螺纹杆、4b-支撑杆、10-导向板、11-导向杆、12-限位块、13-固定块、14-弧形板、15-旋转手柄、16-固定块、17-丝杠、18-导向杆、19-摇臂、20-螺栓、21-固定盘。

具体实施方式：

下面将参照图1-5并结合实施例来详细说明本申请，本发明提供一种技术方案：

实施例1：

一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法。

本实施例提供一种复合焊接方法，包括等离子+TIG焊接方法和SAW焊接方法，针对8mm以上大直径厚壁S30403筒体，筒体尺寸为Φ2000mm(直径)×20mm(厚)，采用的复合焊接***由与厂家共同研发的HCJ4030B环缝P+T焊接***和专门的十字臂埋弧自动焊机组成。

焊接接头为对接接头，开反Y型坡口，坡口角度为70°，钝边为5mm；根据被焊筒体选择TIG焊接的填充材料为直径Φ1.2mm的ER308L焊丝，SAW焊接的填充材料为直径Φ3.2mm或Φ4.0mm的ER308 L焊丝，焊剂为SJ601。

清理焊缝两侧20mm范围内油污、毛刺等杂质。将打磨或清洗后的两个待焊工件吊装至精密可调式滚轮架上，将工件靠紧防窜轮。在两侧筒体内壁加装定位支撑，通过调节定位支撑调整待焊工件的焊缝间隙和错边量至0.5mm以下，将内壁撑圆。本发明的定位支撑包括筒体支撑(1)和支撑滑动机构(2)两部分。

如图3所示，所述筒体支撑(1)由支撑盘(3)、支撑板(4a)、调节圆环(5)、上滑块(6)、下滑块(7)、螺母(8)、螺纹杆(9)、支撑杆(4b)、导向板(10a)、导向杆(11)、限位块(12)、固定块(13)、弧形板(14)和旋转手柄(15)构成。支撑盘(3)为圆形，支撑盘(3)边缘均匀设置4对支撑板(4a)，支撑板(4a)焊接连接调节圆环(5)与支撑盘(3)，支撑板(4a)为长方体。上下滑块分别安装在圆环(5)两端，每个下滑块(7)上加工有与上滑块(6)配合的螺纹，用于穿过调节圆环(5)与上滑块(6)螺纹连接。上下滑块的数量为4对，上下滑块为接触调节圆环(5)的底面弧形、远离调节圆环(5)的底面水平的带孔矩形块，上下滑块的曲率等于调节圆环(5)的曲率，上下滑块可沿调节圆环(5)调整位置。支撑杆(4b)固定连接上滑块(6)与限位块(12)，每个上滑块(6)与限位块(12)用两个支撑杆(4b)连接，支撑杆(4b)为实心圆柱。上下滑块内侧均螺纹连接有螺纹杆(9)，螺纹杆(9)穿过上下滑块转动连接限位块(12)，并通过螺母(8)固定，螺纹杆(9)的个数为8个，其中4个角度可调，其余固定，螺母(8)的数量与螺纹杆(9)一致。限位块(12)内滑动连接有两个导向杆(11)，固定块(13)固定连接导向杆(11)和弧形板(14)，该弧形板(14)一端加工有与固定块(13)配合的外螺纹，采用弧形板(14)是为了适应不同内径筒体的支撑要求。

如图4所示，所述支撑滑动机构(2)由固定块(16)、丝杠(17)、导向杆(18)、摇臂(19)、螺栓(20)、固定盘(21)构成。丝杠(17)分别穿过呈圆盘状的两个筒体支撑的中心孔，丝杠(17)与左侧筒体支撑(1a)螺纹连接，与右侧筒体支撑(1b)转动连接，左侧筒体支撑(1a)中心设有与丝杠(17)配合的螺纹孔，丝杠(17)左端转动连接固定块(16)，右端穿过固定盘(21)与摇臂(19)固定连接。两个筒体支撑内滑动连接有四个导向杆(18)，导向杆(18)固定连接固定块(16)和右侧筒体支撑(1a)的支撑盘(3)。摇臂(19)下端用螺栓(20)与固定盘(21)相连用来止旋，摇臂(19)与固定盘(21)安装螺栓(20)的位置上均设有适配的螺栓孔。

如图2所示，使用时，首先将已经收缩的两个筒体支撑(1)和支撑滑动机构(2)搬进初步组对完毕的筒体内，根据筒体的圆度，沿右侧筒体支撑(1b)的调节圆环(5)移动4对上下滑块，调节不同位置螺纹杆(9)的角度，选取合适的位置支撑筒体，旋紧上滑块(6)，使螺纹杆位置固定(9)，根据焊接筒体的内径，操作旋转手柄(15)带动螺纹杆(9)旋转，使导向板(10)向外移动，利用导向板(10)和螺纹杆(9)的螺纹作用调节导向杆(11)的伸出长度，使弧形板(14)顶在筒体内壁，通过旋紧螺母(8)固定右侧筒体支撑(1b)的螺纹杆(9)。转动摇臂(19)，使丝杠(17)转动，左侧筒体支撑(1a)沿导向杆(18)移动，通过调节摇臂(19)使左侧筒体支撑(1a)的弧形板(14)可顶在对接间隙左侧，读取导向杆(18)上刻度得到两筒体间组对间隙，调整两筒体间距离，使筒体之间的组对间隙满足焊接要求。根据导向杆(18)上刻度，通过转动摇臂(19)移动左侧筒体支撑(1a)到安装位置，旋紧螺栓(20)用于对摇臂(19)止旋，移动上下滑块调节螺纹杆(9)的角度，通过调节旋转手柄(15)调整弧形板(14)的伸长量，从而调节两筒体之间错边量，旋紧螺母(8)固定左侧筒体支撑(1a)。

所述螺纹杆(9)设有八组，其中四组通过上下滑块可沿调节圆环(5)调整角度设置，其余四组通过上滑块(6)围绕所述调节圆环(5)圆心等夹角固定设置。

安装背保工装或拖罩，焊接过程中焊缝正面焊接熔池及焊接接头内、外表面采用拖罩充纯度为99.99％氩气作为保护气，氩气的流量为10～15L/min，提前送气时间3s，断弧后氩气继续流通15s，氩气拖罩紧挨焊枪喷嘴，拖罩四周贴有耐高温布，与筒体形成一个密闭保护腔体，将所述坡口位置处与外部空气隔绝。采用宽60mm，长120mm的拖罩；

通过手工TIG直接在外侧点焊定位筒体，一般熔深在2mm左右，间断点焊焊接电流为100A，焊点长度5mm左右，焊点宽度3mm，焊接间断为100mm，头尾过渡处应修磨成缓坡状，打磨圆滑。定位点焊不得有裂纹及其他缺陷，有缺陷应彻底磨除重新进行定位点焊。

采用等离子弧在前，TIG电弧在后的方式，分别对正面焊缝进行不加丝打底焊和加冷丝填充盖面焊。焊接时，先启动等离子弧，10s左右后，开启TIG电弧进行焊接，当等离子焊枪焊接超过起弧点15～20mm时，启动渐进熄弧程序，先关掉等离子弧，10s后，TIG焊接渐进熄弧。

通过华恒智能焊接控制***，调整等离子和TIG焊枪角度，使两个焊枪对准焊缝中心，等离子焊枪中心轴与环缝切线垂直，TIG焊枪正常垂直；调整等离子焊枪与工件表面距离10～15mm，钨极内缩量2.8mm；调整TIG焊枪与工件表面距离20～30mm，TIG钨极尖端与工件表面距离10～15mm。

设置等离子焊的工艺参数为：焊接电压为30V，焊接电流为210A，焊接速度为185mm/min，焊接离子气流量为5.5L/min，保护气流量为20～25L/min，极性为直流正接；

设置TIG焊的工艺参数为：焊接电压为14V，焊接电流为230A，焊接速度为160mm/min，送丝速度为1200mm/min；TIG焊枪有摆动，横摆速度为1500mm/min，左摆距离2.3mm，右摆距离2.3mm，左停时间0.2s，右停时间0.2s，焊接电源极性为直流正接；

焊缝背面使用不锈钢专用砂轮打磨清根后，采用专门的十字臂埋弧自动焊机，将机头深入到筒体内部进行多层多道焊，焊枪导电喷嘴至工件距离范围为32～40mm。设置埋弧自动焊的工艺参数为：焊丝直径为Φ3.2mm时，焊接电流为380～420A，焊接电压为28～32V，线能量为12.77～20.16KJ/cm；焊丝直径为Φ4.0mm时，焊接电流为500～550A，焊接电压为30～36V，线能量为18.0～29.7KJ/cm，焊接电源极性为直流反接，焊接速度为400～500mm/min。然后根据设定参数完成等离子+TIG电弧+SAW复合焊接。

焊接过程中操作人员通过电弧监控***随时观察熔池内焊缝成型情况，特别是在错边量和间隙较大的时候，要及时通过控制面板，调节焊枪喷嘴与焊缝的距离，调整焊接电流、焊接速度、送丝速度等，保证自动送丝机上的焊丝尖端沿着反Y型坡口中心线行走，以避免TIG电弧漂移，改善焊缝成形状况。

焊接结束后，从焊接机上取出厚壁圆筒，按照承压设备产品焊接试件的力学性能检验NB/T 47016-2011切割试样进行力学性能试验，焊缝完全满足承压设备焊接工艺评定NB/T47014-2011、承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带GB/T 24511-2017的要求。

实施例2：

一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法。其步骤与实施例1基本相同，但焊接厚度为14mm的S31603号不锈钢。

对比例：

通过常用的SMAW焊接方式，采用手工操纵焊条对厚度为12mm的S31603号不锈钢进行焊接，完成操作。

试验例1：

分别取实施例2和对比例焊得的厚壁S31603号不锈钢进行拉伸试验检测：利用锯床分别从实施例2和对比例焊接的S31603号不锈钢试板中部位置切割试件，并利用微机控制电液伺服万能试验机对其进行拉伸试验，经试验得出实施例2中焊接接头的拉伸强度为616.5MPa；对比例中焊接接头的拉伸强度为609.5MPa。

试验例2：

分别取实施例2和对比例焊得的厚壁S31603号不锈钢进行冲击试验检测：利用锯床分别从实施例2和对比例焊接的S31603号不锈钢试板中部位置切割试样，再用刨床、磨床对其切割面打磨加工，利用冲击试样缺口液压拉床分别在焊缝和热影响区加工V形缺口，并利用摆锤式冲击试验机对其进行夏比冲击试验，经试验得出实施例2中夏比V型缺口位置在焊缝处的冲击吸收功为82.33MPa，夏比V型缺口位置在热影响区处的冲击吸收功为281.33MPa；对比例中夏比V型缺口位置在焊缝处的冲击吸收功为34.33MPa，夏比V型缺口位置在热影响区处的冲击吸收功为70.67MPa。

从实施例2与对比例的试验数据可以看出：本发明提供的焊接方法可以使焊接接头的强度和抗缺口敏感性高于现有SMAW方法，提高焊接质量。

综上，采用本发明的等离子、TIG和SAW三种方法相结合的焊接方法，解决了8mm以上大直径厚壁筒体装配和等离子+TIG焊接质量控制难题。

Claims (6)

1.一种适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，其特征在于：所述复合焊接方法其组成包括等离子弧、TIG弧和SAW焊，采用复合焊接方式对直径Φ1000～3000mm，厚度8～25mm的大直径厚壁筒体开坡口进行对接；按照以下步骤进行：

等离子+TIG焊接装置采用环缝P+T焊接***；SAW焊接装置采用专门的十字臂埋弧自动焊机，将机头深入到筒体内部进行焊接；

a)根据待焊工件材料及壁厚设计大直径厚壁筒体的复合焊接的坡口，坡口加工成反Y形；

b)选择焊丝型号，焊丝型号根据筒体厚度和材料进行选择；

c)焊接前，对筒体焊缝两侧机械加工坡口，清理焊缝两侧内油污、毛刺杂质，使表面露出金属本色；

d)将清理完成的待焊工件吊装至滚轮架上，在两侧筒体内壁加装定位支撑，根据支撑滑动机构读取的两筒体之间组对间隙调整两筒体之间距离，通过调节筒体支撑调整两筒体之间错边量，使待焊工件的焊缝间隙和错边量达到自动焊接要求，固定定位支撑，将内壁撑圆；

所述定位支撑由筒体支撑(1)和支撑滑动机构(2)两部分组成：

所述筒体支撑包括支撑盘(3)、支撑板(4a)、调节圆环(5)、上滑块(6)、下滑块(7)、螺母(8)、螺纹杆(9)、支撑杆(4b)、导向板(10)、导向杆1(11)、限位块(12)、固定块1(13)、弧形板(14)和旋转手柄(15)，支撑盘(3)为圆形，支撑盘(3)外设置调节圆环(5)，调节圆环(5)用支撑板(4a)与支撑盘(3)焊接固连，所述调节圆环(5)四周对称开设有4个弧形槽，两侧安装有上、下滑块，上、下滑块为接触调节圆环(5)的底面弧形、远离调节圆环(5)的底面水平的带孔矩形块，所述下滑块(7)穿过弧形槽与上滑块(6)一端螺纹连接，所述上滑块(6)另一端固定连接有支撑杆(4b)，所述支撑杆(4b)外部固定连接有限位块(12)，螺纹杆(9)穿过上、下滑块、导向板(10)与限位块(12)之间转动连接，螺纹杆下端设有旋转手柄(15)，并通过螺母(8)固定，所述螺纹杆(9)可设有8组，其中4组通过上、下滑块与调节圆环(5)连接，沿调节圆环(5)角度可调，其余4组穿过上滑块(6)围绕所述调节圆环(5)的圆心等夹角设置，所述限位块(12)的内侧滑动连接有导向杆1(11)，所述导向杆1(11)的尾端固定连接有固定块1(13)，所述固定块1(13)上端螺纹连接有弧形板(14)；

所述支撑滑动机构(2)包括丝杠(17)，所述丝杠(17)分别穿过呈圆盘状设置的两个筒体支撑的中心孔，所述丝杠(17)一端转动连接有固定块2(16)，另一端穿过固定盘(21)与摇臂(19)固定连接，所述摇臂(19)的下端设有螺栓(20)用于止旋，所述两个筒体支撑中滑动连接有四个导向杆2(18)，所述导向杆2(18)固定连接固定块2(16)和右侧筒体支撑(1a)的支撑盘(3)；所述最上侧导向杆2(18)设有刻度线和刻度数字，刻度数字的最小单位为毫米；

e)安装拖罩，拖罩形式根据筒体直径和壁厚确定，宽60mm～80mm，长100mm～120mm的形式，拖罩四周贴有耐高温布，与筒体形成一个密闭保护腔体，将所述坡口位置处与外部空气隔绝，外接保护罩气体流量为10～15L/min，对焊接接头内外表面充保护气，提前送气时间3s，断弧后继续流通15s；

f)通过手工TIG直接在外侧将筒体点焊定位，熔深2mm，焊接电流100A，焊点长度5mm，焊点宽度3mm，焊接间断为100mm，头尾过渡处打磨成圆滑缓坡状，如有裂纹及其他缺陷，应彻底磨掉重新点焊；

g)焊接起弧前设定焊接工艺参数；

设置自动等离子焊接工艺参数为：等离子焊枪中心轴与环缝切线垂直，焊枪导电嘴至工件距离范围10～15mm，钨极内缩2.8mm，等离子焊枪不摆动，离子气流量为5～6L/min，保护气流量为20～25L/min，焊接电压为29～31V，焊接电流为240～260A，焊接电源极性为直流正接，焊接速度范围为150～200mm/min；

设置自动TIG焊接工艺参数为：TIG焊枪正常垂直，焊枪导电喷嘴至工件距离范围20～30mm，钨极和工件间距范围10～15mm，TIG焊枪有摆动，横摆速度为1500mm/min，左摆距离2.3mm，右摆距离2.3mm，左停时间0.2s，右停时间0.2s；焊接电压为17～19V，焊接电流为230～250A，送丝速度为1200～1500mm/min，焊接电源极性为直流正接，焊接速度范围为160～200mm/min；

设置自动SAW焊接工艺参数为：焊枪导电喷嘴至工件距离范围32～40mm，SAW焊丝直径根据筒体厚度进行选择，当筒体厚度12mm以下时，焊丝直径为Φ3.2mm，焊接电流380～420A，焊接电压28～32V，线能量12.77～20.16KJ/cm；当筒体厚度超过12mm时，焊丝直径为Φ4.0mm，焊接电流500～550A，焊接电压30～36V，线能量18.0～29.7KJ/cm，焊接电源极性为直流反接，焊接速度范围为400～500mm/min；h)焊接时，提前3s接通保护气，采用等离子弧在前对焊缝正面钝边不加丝打底焊接，TIG电弧在后加冷丝对未焊满部位填充盖面；焊缝背面坡口先使用不锈钢专用砂轮打磨出金属光泽，再用SAW进行多层多道焊，要控制层间温度不大于150℃，考虑到渣壳容易脱落，不需要每焊完一层都使用不锈钢丝刷打磨焊缝及焊缝两侧杂质，是否进行打磨可依焊缝熔合及成型情况而定；焊接时，先启动等离子弧，10s左右后，开启TIG电弧进行焊接，当等离子焊枪焊接超过起弧点15～20mm时，启动渐进熄弧程序，先关掉等离子弧，10s后，TIG焊接渐进熄弧；

i)对焊接完成的焊缝进行清理，直至表面出现金属光泽。

2.根据权利要求1所述的适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，其特征在于：步骤(a)中所述的待焊工件材料为不锈钢。

3.根据权利要求1所述的适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，其特征在于：步骤(a)中所述的反Y形坡口，钝边厚度为5mm，坡口角度控制在60°～70°。

4.根据权利要求1所述的适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，其特征在于步骤(e)、步骤(h)及步骤(g)中所述的保护气为纯度99.99％氩气或95％氩气+5％氢气；步骤(h)中所述的等离子弧、TIG电弧均为自动启停控制，其中TIG电弧启动与停止均滞后等离子弧10s。

5.根据权利要求1所述的适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，其特征在于：步骤(d)中所述的待焊工件的焊缝间隙和错边量不超过0.5mm。

6.根据权利要求1所述的适用于8mm以上大直径厚壁筒体的复合焊接方法，其特征在于：步骤(d)中所述的摇臂(19)与固定盘(21)安装螺栓(20)的位置上均设有相配合的螺栓孔。

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