脉冲埋弧焊技术在X80钢焊接中的应用

作者:李桓;高莹;张晓强;李君佐;董军;黄宗仁;杨鑫鑫 刊名:电焊机 上传者:徐桂萍

【摘要】为提高X80级钢管的焊接效率,必须加大埋弧焊接电流,然而这会导致焊缝区晶粒长大及相关性能下降。脉冲埋弧焊工艺通过改变加热方式并利用脉冲电流的震荡作用细化焊缝组织的晶粒,从而提高焊接接头的性能。利用林肯DC1500焊机与自行开发的脉冲控制器构建了应用于钢管制造的脉冲埋弧焊接系统,通过试验对比,发现经脉冲电流焊接的接头具有更细的晶粒,显示了脉冲埋弧焊技术在制管行业应用推广的前景和优势。

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0前言管道运输是石油、天然气大规模且经济的输送方式。高强度钢的使用可以节省材料和管道建设费用,并提高运行压力增加产量,从而为石油天然气管道运输节约成本。一般每提高一个钢级,可节约建设成本约7%[1]。当前X70高强度管线钢已在中国西气东输工程中成功的大规模应用,X80管线钢也开始在大型管道工程中推广使用,其未来的前景是非常乐观的。面对这种发展的机遇,生产X80焊管的企业也面临着高效化生产的挑战。TusekJ.指出,焊接生产效率从某种角度上讲,主要是由单位时间内填充金属的熔化量熔敷速度来衡量的[2]。对于普通埋弧焊来说,提高效率就意味着增加热输入,这样极易造成焊缝过热,导致晶粒粗大。脉冲埋弧焊技术采用了脉冲电流进行焊接,其加热方式不同于普通埋弧焊,周期性的脉冲电流可以对熔池金属产生震荡作用,细化晶粒,改善焊缝性能。本研究通过对林肯DC-1500型焊接电源进行改造,利用自行研制的脉冲控制器,构建X80级钢管的脉冲焊接系统,对比了不加脉冲与加脉冲的焊接方法应用在X80钢的区别。1脉冲埋弧焊原理脉冲埋弧焊是利用焊接电流周期性的变化改变焊接加热方式,同时利用周期性的脉冲电流对熔池金属进行震荡来改善细化晶粒。ElectricWeldingMachine脉冲埋弧焊过程中,焊接电流周期性的变化,使作用在熔池的电磁力也作周期性变化,形成有规律的震荡,增强了熔池的搅拌,使熔池边缘的液态金属温度升高,熔池中的温度场变得相对均衡,从而减小其表面张力系数,有利于液态金属和母材充分润湿、铺展[3]。同时,在周期性变化的电弧力、熔滴冲击力和表面张力合力作用下的熔池振荡将对熔池金属的结晶产生作用,在各种力的震荡作用下,有利于焊缝晶粒细化,同时提高质量。将焊接电流由直流变为脉冲,可有效地消除由于热输入增大而造成的焊缝质量下降问题。采用脉冲埋弧焊技术的优点有:(1)在提高焊接效率的基础上,细化X80钢焊缝的晶粒,提高焊接质量。(2)为满足焊缝的成形要求,可通过调节峰值电流、基值电流、脉冲频率、脉宽比、峰值电压、基值电压等诸多脉冲参数,最终得到满意的焊缝。2焊接系统构建2.1脉冲焊接控制器脉冲焊接控制器功能原理如图1所示。脉冲控制器在单片机的控制下,按照直流脉冲焊的控制要求,生成频率、占空比可调的脉冲控制信号,将给定峰值及基值电流信号通过光电耦合器送往受控制的直流焊机外接端子板,并以遥控电流给定的方式控制电焊机的输出电流。输出的峰值、基值电流是互相独立可调的[4]。另外,在控制器上设置了键盘及数码管,以增强操作的方便性和直观性。图1控制器功能原理脉冲电流控制器针对在实验中灵活应用的需要,设计并实现了如下的主要功能:(1)恒定峰值焊接电流的控制输出。该控制器可以始终向电焊机送出峰值电流控制信号。(2)恒定基值焊接电流的控制输出。该控制器可以始终向电焊机送出基值电流控制信号。(3)峰值基值脉冲焊接电流的控制输出。控制器根据已设定的脉冲参数,向直流电焊机交替送出峰值电流控制信号和基值电流控制信号,以使电焊机在焊接电流输出端形成符合相应频率要求的脉冲焊接电流。即在进行脉冲焊时所选用的模式。(4)脉冲焊接参数解耦合调节。脉冲焊接参数解耦合调节是指:当调节某个脉冲参数时,调节行为不会对其他参数产生影响。在焊接过程中,脉冲控制器可以调节所有的脉冲参数,以便于焊接工艺的研究。2.2焊接试验设备通过将林肯DC1500焊接电源、直流脉冲控制器、林肯NA3型送丝控制器、焊接电弧检测分析系统相连接,构建了整个的X80钢管焊接系统,如图2所示,进行相关实验。图2实验设备整体连接3试验结果及分析为了保证试验数据

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