浅谈薄壁管与管塞的焊接

朱 萍

（江苏海狮泵业制造有限公司，江苏泰州214500）

0 引言

我公司承接的某核电模拟试验项目，涉及总长为4 536 mm，外径9.68 mm，壁厚0.65 mm的薄壁管与管塞的焊接。以我公司现有条件，可选用手工钨极氩弧焊进行焊接，但由于工件比较长，没有适用的工装夹具，焊接过程中进行转动的难度比较大，焊接过程的稳定性也很难保证，所以，要得到焊接质量稳定的焊接接头，现有条件并不充分。

查阅相关资料后发现，在激光焊接过程中，当激光束触及金属材料时，其热量通过热传导传输到工件表面及表面以下更深处，在激光热源的作用下，材料熔化、蒸发，并穿透工件的厚度方向形成狭长空洞，随着激光焊接的进行，小孔沿两工件间的接缝移动，进而形成焊缝。激光焊接自动化程度高，精度高，结晶速度比一般熔焊快10～100倍，加热和冷却速度极快，热影响区域极小，大大减少了应力和基体的变形。而且激光焊接组织细小均匀，不易产生裂纹，从而获得最大的扇形块焊接强度和较大的深宽比，焊接速度也比较快，故可以用来焊接精密零件和结构，且焊后不必矫正和机械加工。

因此，公司项目经理与技术人员经过综合评审，确定试验方案：分别采用激光焊与手工钨极氩弧焊进行焊接与试验，从焊缝外观、力学性能、金相等方面进行对比，验证焊接质量，进而综合考虑，确定出该核电模拟试验项目的理想焊接方案。

1 试验用材料

试验母材选用与产品同材质、同规格的薄壁管，材质为304L，规格φ9.68×0.65 mm；管塞材质为304L，规格φ9.68 mm，插入薄壁管部分外径φ8.28 mm。

激光焊不添加焊材，尤其对于薄板和细径线材，焊缝是在激光束作用下由母材自熔形成的；手工钨极氩弧焊选用与母材匹配的焊丝，型号为ER308L，规格为φ1.2 mm。

2 焊接工艺参数选用

首先制备八组焊接试样，分别选用不同的焊接参数进行激光焊接，然后进行目视及尺寸检验，分组进行拉伸及金相试验，经比较，确定出激光焊的焊接参数：焊接设备型号为QL-CW1000，输向工件表面的功率为700 W，焊接速度为35 mm/s，保护气体为99.99%的氩气，气体流量为20 L/min。

手工钨极氩弧焊焊接参数：设备型号为WS-400，焊接电流为25 A，由于工件外径较小，且是手动旋转工件，焊接速度无法测得，使用保护气体为99.99%的氩气，气体流量为5～8L/min。

3 焊接及试验

制备七组焊接试样，分组分别采用上述焊接工艺参数进行焊接，焊接完成后进行渗透检验，并分别分组进行拉伸和金相试验。具体分组及试验情况如表1所示。

表1 焊接分组及分别进行试验项目一览表

4 试验结果

（1）焊接接头外观（图1）：手工钨极氩弧焊因工件手动旋转，焊丝手动送进，每条焊缝至少有三个焊接接头，（S）2、（S）5试样焊缝较宽且不均匀，余高较高，最高处达0.8 mm；激光焊工件自动旋转，不添加焊丝，焊接过程稳定，（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5试样焊缝美观、匀称，每条焊缝仅有一个焊接接头，焊缝表面几乎与母材表面齐平。

图1 焊接接头外观

（2）渗透检验结果：（S）2、（S）5、（J）1、（J）2、（J）3、（J）4、（J）5试样均未发现超出合格标准的线性及圆形显示，检验结果均合格。

（3）拉伸试验结果：（S）2、（J）2、（J）3试样抗拉强度分别为729 MPa、870 MPa、857 MPa，均高于母材304L最低抗拉强度480 MPa，结果合格。

（4）金相试验结果（图2）：（S）5、（J）4、（J）5均焊透，均未发现裂纹、未熔合、夹渣、气孔等缺陷。但（J）4、（J）5试样焊缝深而窄，深宽比达1.8，热影响区窄，焊接应力和变形小；（S）5试样焊缝深宽比小，为0.4左右，热影响区宽，焊接应力和变形较大。

图2 金相试样

5 结语

此项目涉及的工件长度长、直径小、壁厚薄，若由我公司进行手工钨极氩弧焊焊接，必定需添置自动翻转架、工装夹具等辅助设备，但客户的核电试验项目种类比较多，添置的设备后续利用率会比较低，设备闲置将造成浪费；其次，手工钨极氩弧焊由手工操作、手动送丝，焊接过程不稳定，要得到稳定质量的焊接接头比较难；而且焊接完成后需要进行打磨、抛光，工作量大，由于壁厚薄，还存在因打磨引起工件变形、磨破、报废等风险。

激光焊设备带有自动旋转装置，焊接全程自动化控制，一旦设定好焊接参数，焊接过程稳定，容易获得焊接质量稳定的焊接接头；而且焊后无需打磨、抛光等处理，既节约工时，又避免了风险隐患。

公司项目经理与技术人员鉴于以上试验结果，并查阅相关资料、文献，与客户焊接专家沟通交流，一致认可：采用激光焊作为我公司承接的该核电模拟试验项目薄壁管与管塞的焊接方法。