S-TIG高熔深锁孔焊机在压力容器中的应用
 
摘要：压力容器在人们的生活中非常常见，其质量也影响着人们的生命财产  。压力容器的制造需要多个过程，要想保证压力容器的质量，保护人们的生命财产  不受  ，就必须在制造压力容器的每个过程中都检查其操作质量，在这些过程中， 重要的是压力容器的焊接过程。其中焊接的工艺、焊接设备、焊接材料、检验结果、焊接环境等因素都会影响压力容器的质量。本文选取压力容器常用不锈钢钢材（含Ti合金钢），进行S-TIG焊接试验，分析S-TIG高熔深锁孔焊机的焊接实效。
 
关键词：压力容器；S-TIG；电弧参数
 
1高深熔锁孔S-TIG焊接系统简介
 
1.1S-TIG焊接系统
 
高深熔锁孔S-TIG焊接系统（SWS-1000）是一种全新的弧焊系统，它通过对电弧的  电磁压缩达到等离子电弧的效果，焊接时电弧能量集中，焊接过程中电弧压力与熔池液态金属的表面张力达成平衡，形成稳定的小孔效应，具备  的穿透能力，可一次性焊透12mm一下的钢板，是一种介于氩弧焊（TIG）和等离子(plasma)之间的全新的焊接工艺。STIG弧焊技术是一种高速的全熔透焊缝焊接技术，在不开坡口的情况下一次性焊。16mm一下的金属材料（如钛合金），焊缝成型  ，单面焊双面成型，焊接速度是普通钨极氩弧焊技术的5-10倍。背面焊缝宽度2-3毫米，正面焊缝宽度通常为板厚度的1.5倍左右，其焊缝为    的母质层，没有多条融合线，完全消除了夹渣、气孔以及常见的焊缝缺陷。  深熔弧焊的无波纹焊接熔池保证了盖面层的  质量，不需要背面清根、表面抛光清洗与打磨。
 
1.2S-TIG焊接优势
 
1：S-TIG使用惰性气体作为保护气。惰性气体具有稳定性，不与金属物发生化学反应，因此是良好的保护性气体，在高温下也不会融入金属物。可见在焊接过程熔池的冶金反应中，惰性气体的作用明显，能够较好的控制焊接过程，且其应用范围较大，不论是抗氧化性弱的常规金属，还是黑色金属（熔点高），均能够使用。
 
2：S-TIG中的电弧在氩气中稳定性强。对其的焊接电流分析说明了小电流情况下（小于10A），其燃烧稳定性依旧良好。焊丝的填充需要经过电弧获得，对于热输入调控要求较高，S-TIG能满足薄板以及其他全位置的焊接需求，能较好完成单面焊双面成形的工艺要求。
 
3：由于填充焊丝并未经过焊接电流，因此在S-TIG中的熔滴过渡难题是不需考虑的，全程无焊渣飞溅，且成型后焊缝美观缺陷少。
 
2试验方法
 
2.1焊前准备
 
在焊接前，不锈钢(钛合金)被切成大小为100mm×50mm的尺寸。由于钢材易氧化，在空气中生成的氧化膜极易吸收空气中的水分，妨碍接头熔合还使接头中出现气孔及夹杂等缺陷，因此要对焊丝进行仔细的焊前清理。实验前对板材先用钢丝刷进行打磨，再用  进行擦洗去其表面油污。需要指出的是本试验所用的材料在焊前均进行干燥处理。
 
2.2 焊接过程
 
在前期准备的基础上，将待焊板材用夹具固定。闭合电源开关，打开水冷机、S-TIG电焊机，将TIG焊机中的焊枪的角度固定为45°，调节送丝角度。将TIG焊枪调节在板材上的入射点处，调节钨  度h（钨极底端到板材的距离）及光弧间距Dla（钨极底端在板材上的投影）至设定值，本试验固定f为0mm，h为1.5mm，Dla为1.5mm。焊丝倾斜角度β可调。打开保护气体（高纯氩，设定保护气体流量为12L/min），将电焊机参数设定好，运行已编好的程序进行焊接。需要说明的是本实验所用的TIG焊机设为交流模式。
 
2.3.热处理过程
 
本文中的热处理工艺炉为JK4665高温箱，该电阻炉的额定功率高达4 kw，工作正常电压为220V交流电，最高加热温度为1200℃。在时效处理试验中，首先将炉温设定所需要的温度进行升温，达到设定温度后，打开炉门，将试样放在炉内，进行保温预订时间后，取出试样在空气中进行冷却至室温。进行固溶+时效处理时，同样地将炉温加热到预设温度，将试样放在炉内保温1h，快速取出，转移到冷却介质中进行冷却。而后取出试样进行时效处理，操作同上。为防止转移过程中过饱和固溶体发生分解，影响后续时效效果，要求淬火转移时间不超过30s。为防止淬火过程中试样变形和开裂所用的冷却介质为20℃的水。
 
2.4  焊后分析
 
（1）焊缝形貌及组织分析
 
焊后首先用肉眼观察接头表面，以对不同参数下的焊接接头成形进行初步的评判。处理接头时，对不同的参数，带锯逐一进行取样切割，截面进行后续的研磨处置，砂纸型号分别是400#、600#、800#。研磨后采用Keller腐蚀处置，然后，对于焊缝进行扫描仪扫描操作，得到焊缝照片。评价接头中气孔的分布时，将焊缝用砂纸研磨至焊缝中心，进行腐蚀，在金相显微镜下在低倍数下观察，每个参数下取3个不同的区域进行组合，观察不同参数下气孔分布。
 
（2）力学性能分析
 
使用CSS  拉伸试验机进行静拉伸试验。按标准ASTM E8 E8M – 11制定拉伸试样。为避免焊缝余高对性能测试结果的影响，本实验所有的拉伸试样正反面余高均被去除。拉伸前进行标定，选择标距为25mm，以进行断后伸长率的评定。为减小实验误差，每个参数下的接头测试3个试样，取平均值作为最终结果。选择与试样尺寸相匹配的夹块，先装下夹头，按旁边的操作手柄下降到合适高度将试样夹紧，在此过程许保证试样与上下夹具在同一轴线上。试验在常温下测定，拉伸速率为2mm/min。记录试验过程中的加载力和位移。
 
（3）微观成分及断口形貌分析
 
将不同处理态的样品切割成所需要的尺寸，试样制备与金相试样制备方法相同。采用ZEISS-SUPRA55场发射扫描电镜进行扫描，进行微观组织拍摄及成分分析。其中成分分析包括线分析和面分析。将静拉伸后的试样进行封袋保存，而后及时用扫描电镜进行断口形貌分析。