铜镍管直流脉冲TIG焊工艺试验与应用

作者:黄震;吴刚;张建刚 刊名:造船技术 上传者:金乾林

【摘要】为改善铜镍管焊接时的焊缝成形、提高焊接质量;选择手工直流脉冲钨极惰性气体(TungstenInertGas;TIG)焊并采取无间隙组对进行工艺试验;经相关检测;焊后内外焊缝成形优良;表面无缺陷;X射线探伤满足规范要求;试验结果表明:采用手工直流脉冲TIG焊可有效改善管子内壁焊缝成形、减少焊接缺陷、提升焊接质量;采取无装配间隙的组对方式可提高管子零件的制作精度与工作效率;在实船应用中得到推广并取得较好的效果;

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0 引 言在某型系列船的建造中有大量的铜镍管预制工作,管子零件的规格尺寸多且形状复杂,在制作时与相关附件的连接主要通过松套对焊法兰、定型弯头、三通以及异径接头等,接头形式为对接接头。依据施工工艺要求,焊接方式采用手工直流钨极惰性气体(Tungsten Inert Gas,TIG)焊。然而,在前期生产过程中发现,管子内外焊缝成形较差,有焊瘤、未焊透、穿丝等多种缺陷,造成焊缝返修而影响生产进度,如图1所示。为保证焊接质量并提高工作效率,对铜镍管的性能特点等进行分析,优化改进原施工工艺并进行直流脉冲TIG焊工艺试验。 图1 直流TIG焊常见缺陷1 铜镍管的性能特点与焊接性1.1 铜镍管的物理及化学性能特点铜镍管属于铜合金的一种,是国际上公认的耐海水腐蚀性能优良的铜合金,其线膨胀系数介于钢与黄铜之间、与奥氏体不锈钢相近,与紫铜焊接相比,焊前在常温下不需要预热。其镍含量有10%、20%、30%等,船用铜镍管一般是以镍含量10%为主,又可称为B10管。在其合金中加入铁元素,俗称铁白铜,牌号为CuNi10Fe1.6Mn,化学成分如表1所示。B10管与含镍30%的B30管相比,虽镍含量较少,但经过海水浸泡后同样可以形成富镍富铁的表面膜,经过一段时间后其耐蚀性可接近B30管,生产成本大幅降低[1-2]。因此,结合其优良的耐海水腐蚀性能,特别是抗流动海水腐蚀能力与其管壁薄、重量轻、强度高等特点,在海水冷却系统中正逐渐替代镀锌铁管。表1 铜镍管(CuNi10Fe1.6Mn)化学成分(质量分数)           %Cu Ni+Co Fe Mn Pb C Si Zn Sn杂质余量9.00~11.00 1.50~1.80 0.50~1.20 0.02 0.05 0.15 0.30 0.03≤0.701.2 铜镍管的TIG焊接性分析由于铜镍管的合金成分较高、管壁较薄,焊接时收缩变形大,工艺要求为单面焊双面成形,通常选择能量密度集中、焊接变形小的直流TIG焊进行焊接,能够达到单面焊双面成形的要求,同时有助于控制焊接变形。在焊接时的高温作用下,母材中的镍元素会有一定的烧损而造成接头耐蚀性降低,因此选择镍含量为30%的70CuNi焊丝作为填充以提高接头的耐蚀性,其标准符合AWS A5.7ERCuNi[3]。焊丝化学成分如表2所示。表2 70CuNi焊丝化学成分(质量分数)               %项目Cu Ni Fe Mn Si Ti S P Pb其他标准余量29.00~32.00 0.400~0.750 0.500~1.000≤0.250 0.200~0.500≤0.010≤0.020≤0.020≤0.10实测余量30.71 0.588 0.898 0.019 0.445 <0.005 <0.006 0.002 <0.102 直流脉冲TIG焊工艺试验2.1 直流TIG与直流脉冲TIG焊的特点直流TIG焊的特点是电流单一恒定、电弧连续而稳定、能量集中、采用惰性气体保护、操作灵活。由于电弧能量集中,在焊接铜镍管时熔池温度上升速度快,加大了控制熔池温度、形状及大小的难度,焊接热输入较难控制,加之熔池中镍含量较高使熔池的流动性变差,若焊速过快或过慢,易在接头中产生各种缺陷。相对于采用恒定电流的直流TIG焊,直流脉冲TIG焊采用可控的脉冲电流加热工件,脉冲电流主要由基值电流+峰值电流组成,并有适当的脉冲频率和占空比与之匹配。当峰值电流通过时,工件被加热熔化形成一个点状熔池,而当基值电流通过时,熔池冷凝结晶,同时维持电弧燃烧而不熄灭,焊接过程是一个断续的加热过程,焊缝由一个一个点状

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