[发明专利]焊接薄焊接母材的切面对接接头的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对由切面接口组对形成的切面对接接头进行焊接的方法，尤其涉及对用于核电工程中的厚度较薄的焊接母材的切面对接接头进行焊接的方法。

背景技术

TIG(Tungsten Inert Gas Welding)焊即非熔化极惰性气体保护电弧焊。在采用该焊接技术对如图1所示的不开坡口即切面接口的管道A和管道B的切面对接接头进行焊接时，仅能对厚度不超过3.0mm(毫米)且材质为碳钢、低合金钢、不锈钢或者铝的对接接头进行焊接，而对于材质为高镍合金的对接接头，该焊接技术的穿透力更小，仅能对厚度不超过2.5mm的对接接头进行焊接。

由于TIG焊接电弧的穿透力较弱，当碳钢、低合金钢、不锈钢及铝质待焊接管道的壁厚超过2.5mm后，厚度每增加0.1mm，焊接电流要增大至少5A(安培)，若待焊接的管道的壁厚不均匀，或者管道的端部呈椭圆状时，对接接头的局部区间可能出现未焊透的风险。

为提高TIG焊接电弧的穿透力，本领域的技术人员提出采用穿透力较强的超声波电弧对待焊接的工件进行焊接。具体的，如图2所示，在进行焊接时，通过机械耦合装置1将由超声源2产生的超声波施加到焊枪上，使超声波经过TIG焊枪端部的钨极3以及由分别与焊接电源4的两极相连接的焊枪和待焊接的工件5放电产生的电弧6传播到熔池中。由此可知，这种超声波电弧是以超声钨极氩弧复合焊枪为基础产生的，并可以通过对超声钨极氩弧复合焊枪的控制来对超声波电弧进行控制。这样的超声波电弧的穿透力相对于TIG焊接电弧的穿透力虽然在一定程度上有所提高，但是在采用该超声波电弧对待焊接母材进行焊接时，也仅能将3mm多不到4mm的焊接母材焊透。

目前，由于在许多行业中尤其是在核电项目中要焊接的工艺管道的壁厚通常在3.0-6.0mm的范围内，在采用TIG焊或者采用超声波电弧焊对这些管道的对接接头进行焊接时，需先在管道的端部开设V、U或J型坡口，然后再进行焊接。这样，在对壁厚为3.0-6.0mm的管道进行焊接时，势必要在对管道进行机加时在管道的端部开设坡口，这就导致管道的机加周期延长，进而导致焊接周期延长；在焊接时还需添加焊丝，消耗焊接填充材料，进而导致焊接成本较高。

发明内容

为解决现有技术中管材机加周期及焊接周期较长，焊接成本高且存在局部区间未焊透的风险的问题，本发明提出一种焊接薄焊接母材的切面对接接头的方法，所述焊接母材的厚度≤6.0mm，该焊接方法包括如下步骤：

第一步，选择保护气体和钨极：

所述保护气体为氩气、氦气或者氩氦混合气中的任意一种，且当保护气体为氩气时，氩气的纯度α≥99.99％；当保护气体为氩氦混合气时，氩气和氦气的体积比为3∶7；

所述钨极的直径为3.2-4.0mm，锥度为30°-40°，且钨极平台的直径为0-0.5mm；

第二步，焊口组对：

先将两个待焊接母材的切面接口组合在一起形成切面对接接头，且组对间隙≤1.0mm，组对的错变量≤1.0mm；然后采用手工TIG焊接技术对所述对接接头进行点固焊接以使待焊接母材固定连接在一起；

第三步，打底焊接：

用超声波与TIG复合电弧焊机作为自动焊接设备的焊接电源，将超声波电信号叠加在脉冲焊接电流上以产生稳定的超声波-TIG复合电弧，对所述对接接头进行不添丝打底焊接；

在进行打底焊接时，所述超声波电信号的频率为15KHz，所述焊接电流的脉冲频率为200ppm，占空比为50％，弧压范围为8.7-9.9V，焊接速度为45-55mm/min，当所述待焊接母材的材质为不锈钢时，所述焊接电流的峰值范围为130-190A，基值范围为65-95A；当所述待焊接母材的材质为碳钢或低合金钢时，所述焊接电流的峰值范围为150-210A，基值范围为75-105A；

第四步，盖面焊接：

采用脉冲焊接方法对所述对接接头处的焊缝进行盖面焊接以使焊缝高于所述焊接母材，焊接完成。

采用这种焊接方法可直接对厚度在0-6.0mm范围内的不锈钢、碳钢或低合金钢材质的管道或板材进行焊接，而不需要在待焊接母材上开设坡口。这样，既减少了开设坡口的工艺步骤，缩短了开设坡口的机加时间，又减少了焊接工作量，缩短了焊接时间，并减少了焊接填充材料的耗费量，提高了焊接效率，降低了焊接成本。