1.背景摘要
海洋工程和石油化工行业对管道预制的要求较高，工作量较大。采用传统的TIG焊手工打底和MIG焊填充覆盖，但质量和效率均不理想。本文采用新型焊接工艺——高效热丝TIG焊，实现TIG打底焊、填充焊和覆盖焊，实现MIG焊高效焊接方法替代传统方法。通过本次实验，研究的力学性能被证明是有效的，并已成功应用于工业中。
研究目的
目前，传统焊接工艺采用手工TIG焊打底，手工焊或MIG焊、埋弧焊等多工艺方法进行填充和覆盖，以提高焊接效率。但这些填充覆盖方式不易实现自动焊接，不适合各种管径，比较容易产生焊接缺陷，且焊接质量合格率受到工人操作水平的限制。
与普通TIG焊相比，热丝TIG焊在传统冷焊丝的基础上增加了独立的热丝电源对焊丝进行预热，在不改变焊线能量的情况下提高了焊丝的熔化速度。这样，所提供的焊接电弧只需要花费少量的能量来熔化焊丝，从而提高了焊接生产效率。
高效热丝TIG焊接效率比普通TIG提高5倍以上，与MIG焊接速度相当，熔敷速度从0.3~0.5kg/h提高到2~4kg/h。国内热丝TIG技术处于停滞阶段，远未实现高效、高质量焊接。国外热丝TIG焊接工艺的效率尚未得到明显提高，无法达到MIG焊接的效率。因此，开发高效的热丝TIG焊接工艺显得尤为迫切和重要。
3.1 实验材料
实验管材母材为Q235-A钢，厚度12mm，外径108mm。化学成分如表1所示。Q235-A钢的抗拉强度σb=482MPa，屈服强度σs=235MPa，延伸率δ=26%。采用直径1.2mm的H08Mn2Si焊丝。化学成分见表1。H08Mn2Si焊丝抗拉强度σb≥500 MPa，屈服强度σs≥420MPa，延伸率δ≥22%。
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3.2 实验方法
试验采用如图1所示的KB370开放式管夹式管道预制高效热丝TIG焊接系统、PHOENIX-521多功能焊接电源、锐弧-200热丝电源。采用热丝TIG焊接工艺，接头示意图如图2所示。
图1 KB370管夹式高效热丝焊接系统
图2 接头示意图
焊接前，将管试件坡口内外打磨并除锈，范围约25mm。试焊前，管道试件通过点焊固定。三点点焊就足够了。错位控制在1.5mm以内，无间隙。
3.3 实验结果
管材试件焊接后，首先进行X射线探伤，全部通过I级。其他实验采用宏观金相、微观金相和力学性能测试，分别如图3、4、5、6和表3所示。图3和图4清晰地显示了三层焊缝形貌，组织结构的变化，焊缝热影响区小，无气孔和裂纹。由表3可知，焊缝在母材区域全部断裂，正弯、背弯均满足GB/T14452-93标准要求。从表4可以看出，得出以下结论：
图3 母材、热影响区及焊缝截面显微组织
图4 焊缝断面宏观金相组织
图5 拉伸试验
(a) 正向弯曲
(b)后弯
高效热丝TIG可达到TIG焊接质量和MAG焊接速度，但MAG焊接存在飞溅大、电弧强、气孔率大、线能量大、磨削量大等缺点。虽然其熔敷效率较高，但在高质量要求下，显然不如TIG焊稳定可靠。高效热丝TIG焊综合效率与MAG焊相当或略大于；
高效热丝TIG焊与传统冷丝TIG焊相比，整体效率提升5~10倍。
4 实验结论
4.1热丝TIG焊可获得表面无缺陷、成型良好的焊缝；
4.2热丝TIG焊送丝速度达到5m/min，最高可达6.5m/min，熔化速度可达3.5kg/h，大大提高了生产效率；
4.3热丝TIG焊缝的拉伸断裂发生在母材中，改善了接头性能；
4.4高效热丝TIG焊真正达到了TIG焊的焊接质量和MIG焊的焊接速度。
5、市场成熟应用及前景
经过近两年的市场推广应用，目前广泛应用于海洋工程、燃气、仪器仪表、石油化工、集装箱等领域。
高效热丝TIG焊工艺不仅适用于碳钢，还适用于合金钢、不锈钢、双相钢、镍基合金等材料（对各种材料的实验表明，特别是双相钢）在海洋工程等行业的焊接工艺中，高效热丝TIG焊确实具有无可比拟的优势）。打破了国外热丝TIG焊在我国的垄断，与国外品牌相比，其效率比国外热丝高1.5至2倍。
该技术填补了管道预制焊接的空白，是适合我国国情的创新工艺技术产品，是管道预制行业的颠覆性创新。可完全替代现有传统工艺TIG底漆+MAG填充覆盖双复合工艺，避免用户重复采购设备，是真正多功能、多用途的管道预制焊接系统。以该技术为核心工艺的焊接系统目前也应用于智能管道预制系统，市场前景广阔。
发布时间：2024年8月27日
