奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊的装置及方法

摘要

奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊的装置及方法。如果仅仅通过减小焊接电流、电压，降低焊接热输入的方式来控制敏化及产生热裂纹的倾向，就会降低焊接效率，不能发挥机械热丝钨极氩弧焊高效率的焊接特点。一种奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，首先进行焊前准备，进行焊枪高度和位置的调整，将奥氏体不锈钢直管进行对接并冷却水供水位置调整，焊接设备的枪和采用同一个气路保护，在焊接打底层、管子转动至270°时，打开冷却水阀门，对焊接接头处采用喷淋装置进行喷淋冷却，直至完成所有打底层、填充层、盖面层的焊接。本发明用于奥氏体不锈钢管氩弧焊。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种奥氏体不锈钢管焊接过程中采用水冷热丝钨极氩弧焊的装置及方法。

背景技术：

奥氏体不锈钢直管接长采用热丝钨极氩弧焊可获得较高的一次合格率和焊接效率，但由于机械焊是连续焊接，层间温度无法控制、热输入比较大，热影响区相对较宽，增加了产生热裂纹和焊接接头敏化的倾向，试验测量结果显示，焊接层间温度可达500℃以上。450-850℃是不锈钢材料的敏化温度区间，如果焊接接头在此温度区间停留后，在一定的介质及应力作用下将会产生晶间腐蚀，从而导致焊接接头的提前失效。所以对该类对接接头层间温度的控制是能否得到合适接头的关键。

如果仅仅通过减小焊接电流、电压，降低焊接热输入的方式来控制敏化及产生热裂纹的倾向，就会降低焊接效率，不能发挥机械热丝钨极氩弧焊高效率的焊接特点。

发明内容：

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊的装置及方法，实现了在不影响焊接效率的情况下，对焊接接头热输入的控制，从而保证了接头的质量及性能。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，首先进行焊前准备，进行焊枪高度和位置的调整，将奥氏体不锈钢直管进行对接并冷却水供水位置调整，焊接设备的枪和采用同一个气路保护，在焊接打底层、管子转动至270°时，打开冷却水阀门，对焊接接头处采用喷淋装置进行喷淋冷却，直至完成所有打底层、填充层、盖面层的焊接。

所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，所述的喷淋装置，包括多种孔径的喷头，当水冷喷头的喷水孔的直径为0.5mm、选择喷头相对于工件的高度在30-50mm时，单层焊缝厚度控制在1.5mm以下。

所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，所述喷淋装置的喷头的位置位于焊口的正下方，管径范围为φ32mm～φ70mm时，所述的喷头的初始位置距离管子下表面为30mm；在焊接过程中，在上下方向的调整范围为50mm，即喷头上表面距离管子下表面的最大距离为80mm，以焊口中心线为基准，左右方向调整范围为±50mm，正对焊缝中心；所述的喷头的轴线与管子的轴线相平行，所述的喷头喷出的水柱垂直于管子表面，保证冷却水能有效地喷到焊口的正下方。

所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，所述的焊前准备工作，进行焊枪高度和位置的调整：调整好喷淋装置的喷头的位置、其高度距离管子下表面30～50mm，打开总阀，用阀门调整水柱高度，喷头的出水应保证水柱高度稳定，并随时检查喷水孔是否堵塞，注意不要让水喷到焊枪及焊丝上。

所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，将奥氏体不锈钢直管进行对接并冷却水供水位置调整：焊缝对准喷头中心，保证最佳冷却效果；首层焊至270°时将冷却水打开，并保持到焊接结束；冷却水中的氯离子Cl-含量控制在20ppm以下。

一种奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，其组成包括：焊枪，连接旋转装置的工件上方对应有具有喷孔的喷淋装置，所述的喷淋装置的喷头通过进水管连接水箱，所述的进水管装有冷却水阀门，所述的工件下方具有脱水盘。

所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，所述的喷淋装置，包括多种孔径的喷头和位置调整支架，所述的喷头的喷水孔的孔径直径为0.3或0.5或0.7mm或者0.3-0.7mm之间，所述的冷却水阀门包括调节阀和截止阀。

有益效果：

1.本发明解决了现有技术的不足，即在不降低焊接效率的前提下防止了奥氏体不锈钢管机械热丝钨极氩弧焊焊接接头产生的敏化及热裂纹。

2.本发明在进水管路上布置了调节阀和关断阀。其中调节阀保证了焊工可以缓慢、稳定地开启及调节，从而使冷却水柱的高度变化缓慢、平稳，能稳定、平缓地到达管子表面。

3.本发明由于焊接设备的枪和丝是同一个气路保护，保护气体能够很好的保护焊接电弧，水冷焊接过程中产生的蒸汽没有对焊缝的质量产生影响，焊接过程比较稳定。

4.本发明奥氏体钢的物理特性是导热系数小、线膨胀系数大，在焊接局部加热和冷却条件下，焊接接头部位的高温停留时间较长，焊缝金属及近缝区在高温承受较高的拉伸应力与拉伸应变，是产生热裂纹的基本条件之一；当奥氏体钢焊接接头热影响区中加热峰值温度在600-1000℃范围时，易发生晶间腐蚀。而采用较小的焊接热输入，加快冷却速度，有利于防止晶间腐蚀的发生。

5.本发明水冷热丝钨极氩弧焊工艺既保留了热丝钨极氩弧焊焊高效率的优点，又由于喷淋冷却装置的作用而加快了焊接接头的冷却速度、降低了层间温度，从而控制了焊接接头的热应力及焊接层间温度，有效防止了热裂纹及晶间腐蚀的发生，保证了最终焊接接头的质量。

6.本发明由于是在机械热丝焊设备TIG上加装了喷淋冷却装置，焊接与冷却同步进行，不影响焊接效率，焊接过程中焊接操作工只需通过控制阀的开启、关断和微调来调节水的流量，即可达到冷却焊接接头的目的，操作简单，容易掌握。

7.本发明选用了多种孔径的喷头确定冷却效果，通过多次试验证明，当水冷喷头的喷水孔的直径为0.5mm、喷头相对于工件的高度在30-50mm时，冷却效果比较合适。奥氏体不锈钢之间焊接持续喷水到焊接结束，层间温度基本在100-150℃之间。由于焊接设备的枪和丝是同一个气路保护，保护气体能够很好的保护焊接电弧，水冷焊接过程中产生的蒸汽没有对焊缝的质量产生影响，焊接过程比较稳定。

8.本发明喷淋装置的喷头、排水托盘均采用了不锈钢材质，可防止锈蚀对水质的影响；为了防止奥氏体钢焊接接头产生应力腐蚀，冷却水采用了氯离子(Cl-)含量控制在20ppm以下的纯净水。

附图说明：

附图1本发明的喷淋冷却装置与焊接工件及机械热丝焊设备中焊枪的相对位置示意。

附图2是附图1的侧视图。

具体实施方式：

实施例1：

奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，首先进行焊前准备，进行焊枪高度和位置的调整，将奥氏体不锈钢直管进行对接并冷却水供水位置调整，焊接设备的枪和采用同一个气路保护，在焊接打底层、管子转动至270°时，打开冷却水阀门，对焊接接头处采用喷淋装置进行喷淋冷却，直至完成所有打底层、填充层、盖面层的焊接。

实施例2：

实施例1所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，所述的喷淋装置，包括多种孔径的喷头，当水冷喷头的喷水孔的直径为0.5mm、选择喷头相对于工件的高度在30-50mm时，单层焊缝厚度控制在1.5mm以下。

实施例3：

实施例1或2所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，所述喷淋装置的喷头的位置位于焊口的正下方，管径范围为φ32mm～φ70mm时，所述的喷头的初始位置距离管子下表面为30mm；在焊接过程中，在上下方向的调整范围为50mm，即喷头上表面距离管子下表面的最大距离为80mm，以焊口中心线为基准，左右方向调整范围为±50mm，正对焊缝中心；所述的喷头的轴线与管子的轴线相平行，所述的喷头喷出的水柱垂直于管子表面，保证冷却水能有效地喷到焊口的正下方。

实施例4：

上述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，所述的焊前准备工作，进行焊枪高度和位置的调整：调整好喷淋装置的喷头的位置、其高度距离管子下表面30～50mm，打开总阀，用阀门调整水柱高度，喷头的出水应保证水柱高度稳定，并随时检查喷水孔是否堵塞，注意不要让水喷到焊枪及焊丝上。

实施例5：

上述实施例所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊方法，将奥氏体不锈钢直管进行对接并冷却水供水位置调整：焊缝对准喷头中心，保证最佳冷却效果；首层焊至270°时将冷却水打开，并保持到焊接结束；冷却水中的氯离子Cl-含量控制在20ppm以下。

实施例6：

一种使用上述的方法进行奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，其组成包括：焊枪1，连接旋转装置的工件2上方对应有具有喷孔3的喷淋装置，所述的喷淋装置的喷头4通过进水管5连接水箱6，所述的进水管装有冷却水阀门，所述的工件下方具有脱水盘9。

所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，所述的的喷淋装置，包括多种孔径的喷头和位置调整支架，所述的喷头的喷水孔的孔径直径为0.3或0.5或0.7mm或者0.3-0.7mm之间，所述的冷却水阀门包括调节阀7和截止阀8。

实施例7：

上述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，所述的喷头的位置位于焊口的正下方，所述的喷头的轴线与管子的轴线相平行，所述的喷头喷出的水柱垂直于管子表面，保证冷却水能有效地喷到焊口的正下方。

所述的以喷头上表面为基准，喷头的初始位置距离管子下表面为30mm，正对焊缝中心，并可随管径的不同而变化，管径范围为φ32mm～φ70mm；在焊接过程中，在上下方向的调整范围为50mm，即喷头上表面距离管子下表面的最大距离为80mm，以焊口中心线为基准，左右方向调整范围为±50mm。

所述的喷头的材料选用不锈钢，直径不大于φ20mm，长度约100mm，并且两侧应用堵塞密封。在使用一段时间后，可将两侧堵塞卸下，对喷头内部进行清理。

实施例8：

上述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，所述的在进水管路上至少应布置两个控制阀，一个为调节阀，另一个为截止阀。其中调节阀应保证焊工可以缓慢、稳定地开启及调节，从而使冷却水柱的高度变化缓慢、平稳，能稳定、平缓地到达管子表面。

实施例9：

上述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，所述的排水托盘为不锈钢材料，未蒸发的冷却水回落到托盘中，通过排水孔及其连接管路流出。

实施例10：

实施例1或2所述的奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊装置，在焊前调节好水冷装置的相对位置和高度，焊接过程中，工件转动到一定的角度以后打开水冷装置开关(手动阀)使喷头持续喷水到焊缝上达到层间冷却效果。

实施例11：

水冷焊接操作要点：

1.焊前准备工作(1)调整好喷头的位置、高度(距离管子下表面30～50mm)，打开总阀，用微调阀门调整水柱高度，喷头的出水应保证水柱高度稳定，并随时检查喷水孔是否堵塞。(2)注意不要让水喷到焊枪及焊丝上。

2.奥氏体不锈钢直管对接

(1)焊缝对准喷头中心，保证最佳冷却效果。(2)首层焊至270°时将冷却水打开，并保持到焊接结束。

3.单层焊缝厚度控制在1.5mm以下，避免产生熔合不良缺陷。

4.冷却水中的氯离子(Cl-)含量控制在20ppm以下。