摘要：近些年来，我国经济得到了快速发展，对能源的需求日增加，为了满足我国能源的需求，管道运输的重要性逐渐凸显出来。而在管道运输中，管道焊接质量直接影响着管道运输的安全。又由于我国人力成本不断的增加，传统的焊接方式已经不能满足管道的焊接需求，急需一种工作效率更高、焊接质量更好的焊接技术。而管道全位置自动焊技术则能满足现阶段我国对管道焊接的需求。鉴于此，本文在对管道全位置融化及氩弧自动焊技术特点进行分析的基础上，对其具体施工技术进行了分析，以期为我国管道全位置自动焊技术未来的发展提供参考
关键字：管道；全位置焊接；自动焊
0前言
随着我国社会经济的不断发展，对能源的需求不断增加，管道运输得到了更加广泛的应用，而管道的焊接技术直接影响着管道运输的安全。目前我国常用的全位置焊接方式主要有自动焊、半自动焊以及电弧焊。在这三种焊接方式中，自动焊具有工作效率高，焊机质量好，稳定性高的技术优点，使得我国开始大力发展这项焊接技术。此外，随着我国大厚度管材广泛的使用，以及人力成本的增加，对全位置自动焊技术的需求更加迫切。
1管道全位置熔化极氩弧自动焊的特点
管道全位置焊接旋转一周的过程可分为平焊、立向下焊、仰焊、立向上焊，由于管道全位置焊接过程是熔池的位置是一个渐变过程，其所处不同位置的受力情况也是时刻在变化的，其中4个典型位置熔池受力情如图1所示（以TIG无填丝情况为例）。由图1可知，焊接过程中熔池受到电弧的轴向电弧力F、液态金属的表面张力f在弯曲液面上形成的合力和重力G三种力的共同作用；在电弧轴线与管道中心重合时，只有重力不随焊枪位置的改变而变化。在平焊位置，重力易造成熔池向下流动，与电弧力联合作用会导致内部余高过高；在仰焊位置，重力使熔池向下脱离焊缝，造成焊缝内凹、成形不均匀，但可以通过电弧力削弱重力的不利影响；立向下焊或立向上焊时熔池有越过电弧沿着坡口而向下流淌的趋势，使焊缝易形成未熔合、焊瘤、成形不均匀等焊接缺陷。需要指出的是，TIG焊的熔池相对较小，熔池受到的电弧力也最简单，其他方法熔池受力的复杂性远远大于TIG焊。各种焊接方法的管道全位置焊接都根据各自焊接熔池的受力特点来制定不同的焊接工艺。
图1全位置焊接熔池受力示意
2管道全位置自动焊施工技术分析
2.1管道全位置TIG焊
TIG焊是最早应用于管道全位置焊的焊接方法，也是目前应用最成熟的一种全位置焊方法。TIG焊焊接熔池小、电弧呈钟罩形、采用搭桥方式过渡，便于全位置焊接，常用方法有直流脉冲TIG焊、A-TIG焊和窄间隙热丝TIG焊。其中，小口径薄壁管的焊接无需填丝。直流脉冲TIG焊电流按一定频率周期性变化，每次通过脉冲电流时，工件上就形成一个点状熔池；脉冲电流停止时，点状熔池即冷凝。此时电弧由基值电流维持稳定燃烧，使下一次脉冲电流导通时脉冲电弧能够可靠燃烧，又形成一个新的焊点。在全位置焊接过程中减小相邻区段电流变化差值可以改善焊缝成形，使焊波更美观。姚寿铭在20钢管对接试验中，使用高精度脉冲功能的全位置自动TIG焊逆变直流脉冲焊机，并采用填丝和U型坡口的方式完成对φ88.9mmx4.5mm管道的全位置焊接。
将全位置TIG焊应用于Z2CN18.10和12Cr1MoVG不锈钢的焊接.并首次实现12Cr1MoVG管子与12Cr2MoWVTIB管子等多种材料的管子异种金属对接试验。采用弧压传感控制弧长对环焊缝进行12段参数试验，并讨论保护气流量焊接速度、焊接电流.送丝速度、电弧电压等对焊缝成形的影响。对φ12mmx1mm的不开坡口、不留间隙、φ32mmx3mm的20钢进行V型坡口不留间隙全位置脉冲TIG焊。并通过回火焊道改善了组织和性能。活性化TIG焊(A-TIG焊)是在工件表面上涂敷活性剂后再进行焊接。
SiO2和TiO2作为活性剂可以改变熔池的流动方向；SiO2将电弧电压提高大约4.2V，使等离子体收缩；TiO2使表面张力温度梯度由负变正凹。采用A-TIG将φ57mmx5mm的20钢和φ50mmx6mm的TP304不锈钢管对接，均实现了不开坡口单面焊双面成形。
其中碳钢焊缝中心区是晶粒略微变大的珠光体和相对粗大的针状或块状铁索体的混合物；不锈钢焊缝熔合区组织为晶粒粗大、偏析度增加的方向性较强的联生结晶形成的奧氏体柱状晶与晶界处的σ铁索体相。相比普通全位置TIG焊，全位置A-TIG的焊缝组织更均匀，晶粒更细小，效率也更高。在φ51mmx6mm低碳钢和φ45mmx6mm不锈钢管道的不开坡口单面焊双面成形A-TIG焊试验中，可以分析得出:由于全位置A-TIG焊的焊接熔池流动是一种向中心流动的方式，所以在立向上焊过程中容易出现焊接质量的问题。通过对全位置自动A-TIG焊熔池的受力分析，并在试验中论证了在12点位置时焊缝的外表面有轻微的凹陷，在6点位置焊缝的外表面的凸起、内表面焊透但有凹陷、内凹量小于0.5mm，在9点位置焊缝的外表面略凸起。φ159mmx6mm的304N2不锈钢进行全位置A-TIG焊研究，对直流、脉冲以及步进脉冲三种不同模式A-TIG焊组织成分和力学性能.证明焊缝组织与TIG焊焊缝类似、步进脉冲A-TIG焊缝性能最好直流A-TIG焊缝性能最差。脉冲和活性剂联合作用，可以一次性焊透更厚的母材，从而减少工序节约成本，也可以避免多道焊过程中对前一道焊缝的加热导致组织粗大。
2.2管道全位置熔化极保护焊
在全位置焊接过程中，尤其是立焊和仰焊阶段，熔池在重力作用下容易流淌，这是全位置熔化极气体保护焊面临的最主要问题。基于目前研究提出以下两种解决方案：淤加快熔池凝固，即以较小的热输入使熔池变小，并搭配较快的焊接速度；于通过各种电弧控制方法来改变熔池所受作用力，尽可能抵消重力的影响。基于这两种方法，将STT型CO2半自动焊应用于管道全位置焊。STT型电源采用表面张力过渡的形式代替传统CO2电源的短路过渡，实现单面焊双面成形。通过严格控制电流7个阶段的波形，控制每次熔滴过渡的热量实现减小飞溅，提高焊接质量以保证根焊层质量良好。新提出的这种表面张力的过渡方式类似于TIG焊的搭桥过渡，该模式可以减少飞溅甚至无飞溅，以防止多道焊飞溅拥堵焊道。
STT型CO2电源的表面张力过渡方式，设计了可以提高电弧能量密度、增加电弧穿透力的管道全位置MAG焊专焊电源，开发了脉冲熔滴过渡控制的专用焊接电源，并研制其单片机控制技术，控制其对称的共24个区段。此系统设备和配套工艺适用于双U型复合坡口，焊接效率可达焊条电弧焊的两倍以上。采用短路过渡的MAG焊形式，调节短路能量和燃弧能量的分配等，设计了一种连续击穿法的CO2气体保护单面焊接双面成形电源。这种焊接电源能够改善熔池形状和受力状态，保证电弧在超过普通短路过渡负载线的更低电压、更大电流条件下稳定燃烧，以适应管道全位置根焊在小熔池基础上的高能量输入。这种平特性焊接电源可以更好地实现对电流的反馈调节，以便更容易实现对电弧的控制。由于全位置熔化极气体保护焊和全位置TIG焊的熔池过渡与成形机理不一致，因此全位置熔化极气体保护焊难点在于对焊缝成形的控制。为了消除焊道拥堵、提高焊接质量，控制熔滴过渡从而实现低飞溅、零飞溅是实现管道全位置熔化极气体保护焊的又一关键技术。
3结论
管道全位置焊接技术的研究已成为当前焊接研究的前沿方向之一。目前核电、管线运输等工程项目已经广泛应用全位置钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊，节约了焊接成本，提高了焊接质量。但国内对全位置焊的成形理论研究和设备的研发还存在不足，所以高精度传感器的研究、各位置焊缝成形机理研究以及高能束焊接方法在管道全位置焊接的应用是今后研究的热点。
参考文献
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