TOCE自动焊电弧偏吹的问题及调整方法

冯英超 王健

1.概述

核电站主冷却剂回路管道（简称主管道）连接反应堆压力容器、蒸汽发生器和主泵，构成一回路压力边界。福清、方家山核电站主回路管道现场的安装施工使用了纯氩保护窄间隙自动焊（TOCE）焊接工艺，以实现缩短建造周期、提高施工质量、降低建造成本的目的。

在使用TOCE自动焊工艺进行主管道施工过程中，由于某些5GT位置焊口出现了电弧偏吹的情况，甚至影响了侧壁熔合，对焊接质量有不良影响，所以对出现电弧偏吹的焊道有时需进行特殊处理，影响了施工进度。本文就上述问题，从现场施工角度，保证质量、保证工期的观点出发，给出调整方法。

2.TOCE焊接工艺

（1）焊接方法 TOCE焊接工艺指纯氩保护窄间隙TIG自动焊。

（2）焊接设备 自动焊设备即自动焊焊机，是窄间隙自动焊实施的承载主体。

（3）填充材料 填充材料为不锈钢焊丝：ER 316L、φ0.8mm和ER 316LSi、φ1.0mm，其中ER 316L用于熔透焊道、支撑焊道的焊接，ER 316LSi用于后续填充焊道、盖面焊道的焊接。

3.电弧偏吹问题描述

TOCE窄间隙自动焊实施过程中，部分5GT位置焊口出现了电弧偏吹的情况，具体表现为电弧偏向焊缝左侧或右侧，导致焊缝根部两侧熔合不均匀，尤其以180°～270°情况严重（见图1）。

图1a中钨极对准焊缝中心，所使用的焊接参数亦为主管道焊接数据包内的焊接参数，但电弧偏向焊缝一侧，导致焊缝根部两侧熔合不均匀，对下一道的施焊工作造成了一定影响。图1b中，由于电弧偏吹影响，导致焊缝根部熔池分布不均匀，只能通过调整钨极横向位置来进行施焊，给正常施焊工作造成了影响，严重时需对焊缝进行打磨处理，以消除焊缝根部死角，确保焊接质量。

图1 焊接过程中出现的电弧偏吹情况

4.调整电弧偏吹方法

针对出现电弧偏吹的问题，给出以下几种调整方法。

（1）规范钨极尺寸 钨极平台尺寸（见图2）在工艺评定范围内尽量小，钨极的平台要保证水平度，钨极锥度要标准，在磨削过程中保证钨极锥度达到要求。钨极的尺寸影响到电弧张开角度，在电弧偏吹情况出现的时候，电弧张开角度越大对焊缝根部熔合情况越有好处。建议出现电弧偏吹情况时，在确保钨极平台水平度的同时，将钨极平台尺寸磨削至焊接数据包中规定的下限，即越小越好，可有效缓解由于电弧偏吹导致的焊缝根部两侧熔合不均匀的情况。

（2）钨极横向角度调整与焊接过程中的钨极位置调整 钨极的角度影响到电弧的角度，在焊前准备时注意管道方向上的角度调整，在焊接过程中注意管道轴线方向上的实时调整。

如图3所示，若在焊接过程中出现了电弧偏吹的情况并且已经影响到了焊缝根部两侧成形，那么可选择调整钨极横向偏转，将钨极前端向焊缝熔合不良的一侧偏转。施焊过程中也要实时注意焊缝根部熔合情况，通过调整钨极横向位置来改善电弧偏吹所带来的影响。

（3）通过调整焊接参数抑制电弧偏吹的影响 调整参数应在焊接数据包所包含的范围内进行调整。为了抑制电弧偏吹的影响，在确保侧壁熔合良好的前提下，压低弧压，降低基值电流，视熔池与侧壁熔合情况降低峰值电流，尽量减小热输入量，并将熔池控制在较小范围内。

图2 钨极尺寸示意

图3 焊前准备时钨极偏转角度横向调整

压低弧压的作用：一是降低了热输入量，使熔池变小并更容易控制；二是压低弧压，即是减小了钨极尖部电弧作用于熔池的距离，益于熔池与焊缝的熔合。

通过焊接参数的调整，可缓解电弧偏吹带来的焊缝根部熔合不良的影响。

（4）焊缝成形本身对熔合不良的影响 在主管道TOCE窄间隙自动焊焊接工艺中，保证焊缝根部两侧熔合情况是重中之重，而在施焊过程中，前一道焊缝的外观成形情况直接影响到下一道焊缝的熔合是否良好。

如果由于电弧偏吹的影响在施焊过程中造成焊缝成形不良，并且没有进行自熔或打磨处理，那么在下一道进行焊接时，在同样的电弧偏吹影响下，将更加难以保证焊缝根部两侧熔合情况，随着焊接施工的进行，这种情况会更加严重。

调整焊缝成形的目的即是确保在每一次填丝施焊时，焊缝根部平整、均匀，利于熔池的熔合，从而缓解电弧偏吹对焊缝熔合情况的影响。方法如下：

第一，打磨。在电弧偏吹严重影响到焊缝成形的情况下，或者其他诸如由于粘钨、熔孔等问题导致的焊缝成形不良均可进行打磨处理。打磨的标准为焊缝根部圆滑过渡，将所有可能影响焊缝熔合的死角全部打磨干净，同时尽量保证焊缝深度的一致性或者比较圆滑的过渡，避免出现焊缝深度陡降的情况。

第二，调整焊道。在焊缝出现侧壁熔合不良、打磨、压道焊成形不美观和焊缝深度不同等不良外观现象时，可以不使用或使用填充金属对焊缝进行再熔合。需在不同类型焊道的规定参数中选取对应使用的参数。

调整焊道的目的在于通过再熔合，将原本焊缝成形不良的位置调整至良好状态，使之不会影响到下一道焊接。

进行调整焊道施焊时，若单道无法保证将焊缝根部调整至平滑状态，可使用焊接数据包中电流、弧压的下限焊接参数进行偏离焊接，即单道只确保单侧熔合情况，焊缝偏左、偏右各施焊一次，来确保焊缝平滑过渡，调整由于电弧偏吹造成的焊缝成形不良的情况。

5.结语

本文对TOCE自动焊在主管道施工中出现的电弧偏吹问题进行了描述并给出了调整方法，通过这种调整可保证后续TOCE工艺的顺利实施，希望对未来使用自动焊进行施工的大管径厚壁管道焊接工作提供一些帮助。