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薄壁不锈钢筒体等离子立环焊一体化设备
摘要：
通过特殊的焊枪结构设计和采用非常特殊的焊接工艺控制时序，使等离子立焊和横环缝的焊接质量达到平焊时的效果，并将等离子立焊和横环焊应用于焊接不锈钢薄壁筒体，使原来需要两台设备来分别完成筒体的纵缝和环缝的焊接现在只需要一台设备即可完成，并且其焊接质量可与平焊完全媲美。
1. 引言
一般来说薄壁不锈钢筒体的焊缝主要是纵缝和环缝，传统的焊接方式主要研究平焊的焊接方式，但是对于壁厚σ=2-6mm的筒体，卷圆后进行纵缝焊接时，由于刚性不好，水平放置时容易产生变形（图1），管径越大变形越严重，无论是纵缝还是环缝的焊接都较困难，即便有弧压控制装置，也难以保证焊枪高度时刻一致。传统的焊接方法是使用纵缝焊接压床进行纵缝焊接（图2），采用操作机进行环缝焊接，这种传统的做法需要2台焊接设备，投入巨大，特别是一台好的纵缝焊接压床其价值更是不菲。
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图1 |
图1 |
为了解决工件水平放置时刚性不足造成的椭圆度问题，我们采用垂直放置的方式（图3和图4），这样就很好的克服了工件刚性不足的缺点。这就是我们所说的等离子垂直立焊和横环焊。
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图3 |
图4 |
等离子立环焊一体化设备
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基本组成（图5） |
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序号 |
名称/型号 |
数量 |
生产商 |
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1 |
焊接电源Nertamatic 450 |
1台 |
法国SAF |
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2 |
焊枪SP7 |
1把 |
法国SAF |
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3 |
冷却水箱GR5 |
1台 |
法国SAF |
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4 |
变位机Positioner 3A |
1台 |
珠海新维 |
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5 |
操作机2x2 |
1台 |
珠海新维 |
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6 |
控制系统 |
1台 |
珠海新维 |
在以往的应用中，等离子焊接通常只用于平焊的焊接，将等离子应用于立焊的场合少之又少，因为立焊时，熔池金属和熔滴因受重力作用具有下坠趋势，和焊件分开，所以容易产生焊瘤。
2、 生产应用
和普通的焊接方法一样，等离子垂直向下立焊和横焊时，焊缝熔池在重力的影响下也容易向下流动，采用通常用的设备和焊接工艺并不能解决这个问题。但这并不代表等离子立焊不可行，相比较而言，对于薄壁不锈钢筒体的焊接，它还有不受筒体变形的影响的优越性。
通过大量的试验，我们选用的焊枪采用了特殊的设计，再配合与平焊不一样的焊接工艺，我们就能够保证立焊和横焊时焊缝成形均匀美观（见后面焊接试样图片）。
等离子横焊进行环缝焊接时，起弧和收弧都特别重要，起始阶段需要电流和离子气的缓升，而收弧阶段则不仅仅是简单的电流和离子气得衰减，另外还需要非常特别的焊接时序控制才能完全避免收弧处形成缺陷。经过反复的试验，我们已经得到了稳定可靠的时序控制理念。如电流和离子气：
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I |
焊接电流 |
T1 |
电流不变保持时间 |
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I1 |
首次衰减电流 |
T2 |
首次衰减时间 |
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I2 |
三角波峰值电流 |
T3 |
三角波时间 |
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D1 |
预送离子气流量 |
T4 |
二次衰减时间 |
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D2 |
焊接气流量 |
T5 |
D1-D2过渡时间 |
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D3 |
收尾气流量 |
T6 |
气流量不变保持时间 |
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T7 |
气流量下降时间 |
同样地，其他参数也需要类似的时序控制相互之间配合才能保证收弧处的焊接质量。如T1与T6的关系，T2与T7的关系等。
下表为等离子立焊的参数表
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板厚mm |
材质 |
电流A |
电压V |
焊接速度cm/min |
送丝速度cm/min |
|
3 |
316L |
87 |
31 |
28 |
65 |
|
4 |
304 |
112.5 |
32 |
25 |
110 |
|
5 |
304 |
140 |
33 |
23 |
105 |
|
6 |
304 |
128 |
30 |
20 |
- |
|
8 |
304 |
176 |
33 |
19 |
100 |
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保护气：Ar+5%H2 离子气：Ar 背保护气：Ar |
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注：焊接时使用脉冲电流，表内为平均电流 |
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横环焊 |
向下立焊 |
| 焊接试样 客户：华东xx能源有限公司 | |
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3、小结
● 各种实验结果验证了等离子立焊和横环缝在储罐焊接中的可行性和优越性；
● 与传统的焊接方式相比，只需要一台设备即可完成储罐的焊接，减少了设备投入费用；
● 匹配的焊接参数获得优异质量的前提，特殊的时序控制设计保证了起弧和收弧处的焊接质量，特别是电流、离子气流量和速度之间的相关制约关系尤为重要。
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