管(guan)路焊接接(jie)头(tou)对管路(lu)系(xi)统(tong)建(jian)造(zao)精(jing)度(du)有(you)较大(da)影(ying)响，特别(bie)是含隔(ge)振设(she)备(bei)的大(da)通(tong)径管(guan)路(lu)系统(tong)[1]，其(qi)管路安装(zhuang)偏差将传(chuan)递(di)至(zhi)设(she)备(bei)，影(ying)响(xiang)设备姿态和(he)隔(ge)振(zhen)器受(shou)力状(zhuang)态(tai)，从而降(jiang)低(di)隔(ge)振效果，进而影(ying)响(xiang)到管(guan)路(lu)系(xi)统(tong)的(de)声学指(zhi)标(biao)[2]。钛(tai)合(he)金(jin)因(yin)较(jiao)高(gao)的比(bi)强(qiang)度及(ji)优(you)良的(de)耐热(re)、耐腐蚀性(xing)和断(duan)裂韧性等优(you)点，在(zai)船(chuan)舶(bo)管(guan)路建造(zao)中得(de)到了(le)广泛应(ying)用[3-4]。但在钛合(he)金管(guan)路焊接过程中(zhong)，无保(bao)护(hu)措施或(huo)保护不(bu)良(liang)会(hui)导致(zhi)空(kong)气进入(ru)焊接(jie)区域(yu)，焊(han)丝(si)、焊件清理不(bu)干(gan)净(jing)，在其(qi)表面(mian)留(liu)有水(shui)分(fen)、油(you)污(wu)、氧化(hua)物(wu)等(deng)有害杂(za)质(zhi)会改(gai)变(bian)钛的力学性能(neng)，这(zhe)些都(dou)将对钛复(fu)层(ceng)接(jie)头(tou)的(de)力(li)学(xue)性(xing)能(neng)造成负面影响(xiang)[5-6]，导(dao)致钛复(fu)层(ceng)接头(tou)变(bian)脆，塑性和(he)韧性(xing)急(ji)剧(ju)下降，同(tong)时极(ji)易产生(sheng)裂(lie)纹和(he)气(qi)孔(kong)，严重影(ying)响(xiang)到钛(tai)复(fu)层(ceng)接头(tou)的(de)耐蚀性(xing)[7]。因(yin)此(ci)，有必(bi)要开展(zhan)钛合金管(guan)路(lu)焊(han)接技(ji)术研(yan)究，进而(er)提升(sheng)船舶的管(guan)路安装(zhuang)精度(du)，确(que)保(bao)管(guan)路(lu)安(an)装(zhuang)质量和安装效(xiao)率。
一、研究内容
针对(dui)钛合(he)金(jin)管(guan)路(lu)焊接过(guo)程中存(cun)在的(de)一(yi)些(xie)技(ji)术问题(ti)，开(kai)展钛合(he)金管路焊(han)接(jie)技术(shu)研(yan)究，具体(ti)研究(jiu)内容(rong)如下(xia)：
（1）焊(han)接(jie)工艺(yi)参(can)数对(dui)管路焊(han)接(jie)接头(tou)性(xing)能(neng)影(ying)响分(fen)析
通(tong)过(guo)开(kai)展(zhan)不同(tong)焊接速度(du)和氩(ya)气流量下(xia)的管路(lu)焊(han)接试(shi)验(yan)，检(jian)查(cha)管路(lu)焊(han)接接头(tou)的(de)宏观(guan)和微观(guan)成型(xing)情(qing)况(kuang)，测(ce)试焊接接头的(de)拉(la)伸(shen)和(he)弯曲(qu)性能。
（2）焊接(jie)顺(shun)序对管路安(an)装(zhuang)精度影响(xiang)分析
选取典(dian)型(xing)管(guan)路(lu)为(wei)研(yan)究(jiu)对(dui)象，在同(tong)一(yi)焊(han)接(jie)工(gong)艺参(can)数(shu)下，采(cai)用(yong)不(bu)同焊(han)接(jie)顺序(xu)进(jin)行管路焊接，并(bing)在焊接(jie)前后分别(bie)检查(cha)管(guan)路焊(han)接(jie)变(bian)形情况(kuang)，从而得出(chu)管(guan)路的优(you)化焊(han)接(jie)顺序(xu)。
二、焊(han)接工艺参(can)数(shu)对管(guan)路焊接接(jie)头(tou)性(xing)能影响(xiang)研究
1、焊接试(shi)验
选(xuan)取TA2钛管(guan)和(he)TA2管对接接(jie)头(tou)为(wei)研(yan)究对象，如图(tu)1所示(shi)。管与(yu)管(guan)对接时的坡(po)口型(xing)式(shi)、坡口(kou)间隙，如(ru)图(tu)2所(suo)示。其(qi)中t=7mm，c=3mm。
结合(he)TA2管(guan)材(cai)料物理性(xing)能(neng)特点(dian)，确(que)定(ding)采用手(shou)工(gong)钨(wu)极(ji)氩弧焊（TIG）、直流(liu)正接(jie)法(fa)焊接图1中对(dui)接(jie)接头(tou)的环(huan)焊(han)缝。氩气纯度为(wei)99.99%；焊丝(si)牌(pai)号为(wei)TA2焊丝，直径(jing)为(wei)φ3mm。本试验分3组(zu)进行，具(ju)体(ti)的焊接(jie)工(gong)艺(yi)参数如表(biao)1所(suo)示(shi)。
焊(han)接(jie)试验工(gong)艺(yi)要求(qiu)如下：
①焊前(qian)应认(ren)真清除坡(po)口内及(ji)其两(liang)侧(ce)各(ge)30~50mm范(fan)围(wei)内(nei)的油漆(qi)、毛刺、油(you)污(wu)、铁锈(xiu)等杂物。管(guan)段点(dian)焊固(gu)定(ding)，点焊(han)间(jian)距为100~150mm。
②焊接前，将(jiang)管路(lu)两(liang)端进(jin)行封(feng)堵(du)，填(tian)充(chong)氩气。
③焊接时(shi)，两名操作(zuo)工(gong)同(tong)时作(zuo)业，一名手持焊枪(qiang)和焊丝(si)进(jin)行(xing)焊接(jie)，另(ling)一(yi)名(ming)移动氩(ya)气(qi)输送(song)管子(zi)，及时对焊缝进(jin)行氩气(qi)保(bao)护。
④焊接后，继(ji)续采(cai)用(yong)氩气(qi)对(dui)焊缝(feng)进(jin)行(xing)保(bao)护(hu)3~5min。
2、宏(hong)观(guan)和微(wei)观(guan)焊(han)缝成(cheng)型(xing)质量(liang)检(jian)测试(shi)验
3组(zu)对(dui)接管(guan)子焊(han)接试(shi)验(yan)完(wan)毕(bi)后(hou)，分别(bie)进行焊(han)缝(feng)宏(hong)观(guan)和(he)微(wei)观(guan)质量检(jian)测(ce)，具(ju)体检测内(nei)容(rong)如(ru)下(xia)：
①目(mu)测观(guan)察(cha)焊(han)缝表面成型(xing)情(qing)况(kuang)，是(shi)否(fou)有气孔、裂纹、沟(gou)槽(cao)等缺陷(xian)，尤其(qi)注意(yi)观(guan)察(cha)焊(han)缝(feng)颜(yan)色。
②分(fen)别采(cai)用(yong)渗透(tou)（PT）和(he)X射(she)线（RT）检测(ce)法检测焊缝(feng)内部(bu)成(cheng)型情况(kuang)。
3、拉伸(shen)试(shi)验(yan)
本(ben)试(shi)验(yan)采用纵(zong)向(xiang)弧(hu)形试样(yang)进(jin)行(xing)拉伸力学性(xing)能(neng)分析(xi)，圆管的(de)拉伸纵向(xiang)试(shi)样取(qu)样(yang)位(wei)置(zhi)见(jian)图3，焊缝(feng)位于(yu)试样中(zhong)部。
在(zai)每(mei)组(zu)对接管子上分(fen)别取2个拉伸样件进(jin)行(xing)拉(la)伸(shen)试(shi)验(yan)，试验按(an)照(zhao)《GB/T2651-2008》规(gui)定(ding)执(zhi)行(xing)。
4、弯(wan)曲试验(yan)
弯(wan)曲试验(yan)分为正(zheng)弯(wan)和(he)反弯(wan)两(liang)种。每个(ge)焊(han)接管(guan)子(zi)分(fen)别取(qu)2个(ge)正(zheng)弯(wan)样件(jian)和(he)2个(ge)反(fan)弯样(yang)件进行(xing)弯曲(qu)试验(yan)，弯(wan)曲角度为90°，弯曲(qu)直径(jing)为100mm，试(shi)验按照《GB/T2653-2008》规定执行。
三(san)、焊接(jie)顺(shun)序(xu)对(dui)管(guan)路安(an)装精(jing)度影响研究
选(xuan)取典型TA2钛(tai)合金(jin)管(guan)路为研(yan)究(jiu)对象(xiang)，该(gai)管段中(zhong)含(han)有(you)法(fa)兰(lan)、直管(guan)、弯管三部分(fen)，具(ju)体如图4所示(shi)。
现确(que)定3种管(guan)路(lu)焊接(jie)顺(shun)序(xu)，具(ju)体(ti)如(ru)表(biao)2所示。利用表1中(zhong)的第2组焊(han)接工艺参(can)数，分别(bie)开展(zhan)3种(zhong)焊接(jie)顺(shun)序下的管路焊(han)接(jie)变(bian)形试(shi)验(yan)。
分别(bie)针对(dui)三种方案下(xia)的管路(lu)焊接变(bian)形情(qing)况进行测量(liang)，分(fen)析(xi)管段焊接前后(hou)的焊(han)接(jie)变(bian)形(xing)情况(kuang)。管(guan)路变形测量分焊接前(qian)和焊接(jie)后两个阶段，重点关(guan)注图(tu)5及图6中的(de)特征(zheng)点。
四、研(yan)究结果(guo)分(fen)析(xi)
1、焊(han)接工(gong)艺参(can)数对管(guan)路(lu)焊(han)接(jie)接头(tou)性(xing)能(neng)影(ying)响(xiang)分(fen)析
①焊缝成型(xing)分(fen)析(xi)
通过(guo)观察(cha)宏(hong)观(guan)形貌，发(fa)现第一(yi)组管(guan)子的焊(han)缝成型(xing)较好(hao)，焊缝(feng)表面没有(you)咬边、未熔(rong)合、焊瘤(liu)、烧穿等缺陷(xian)，如图(tu)7所(suo)示(shi)。第二(er)组管(guan)子(zi)，焊(han)缝宽(kuan)度略(lve)微(wei)偏(pian)大。但是焊(han)缝(feng)表面仍没(mei)有烧(shao)穿、焊(han)瘤(liu)等(deng)缺(que)陷，如图(tu)8所示。第(di)三组管(guan)子(zi)，说(shuo)明焊(han)缝表(biao)面(mian)已氧化(hua)。焊(han)缝表面无未熔合(he)、焊瘤等缺(que)陷，如(ru)图(tu)9所示。
经检测(ce)，发(fa)现三组(zu)管子接头(tou)处无损(sun)检测等级(ji)均为Ⅰ级(ji)合格，焊缝(feng)表(biao)面无任(ren)何(he)焊接缺(que)陷(xian)，焊缝内部仅有一个圆形缺陷(xian)。
对比不同焊(han)接(jie)工(gong)艺(yi)参数下的(de)焊缝(feng)层(ceng)数和道数(shu)，如表3所示(shi)。
②拉(la)伸(shen)和(he)弯(wan)曲性能(neng)结果(guo)分(fen)析
不同焊(han)接(jie)工(gong)艺(yi)参(can)数下管(guan)子(zi)接(jie)头(tou)的(de)拉伸(shen)性(xing)能结(jie)果(guo)，如(ru)表(biao)4所(suo)示(shi)。可知(zhi)三种(zhong)焊接工艺参(can)数(shu)下管(guan)子接(jie)头的(de)抗(kang)拉(la)强(qiang)度均较好，均(jun)断(duan)裂在(zai)母材(cai)处。
由表5和图10可知，当管(guan)子弯曲90°后(hou)，三(san)种焊接(jie)工(gong)艺(yi)参(can)数(shu)下管子(zi)焊接(jie)接头的弯曲(qu)性(xing)能(neng)均较好(hao)，管(guan)子焊(han)接接(jie)头弯(wan)曲(qu)性(xing)能(neng)均(jun)合(he)格。
2、管路(lu)焊接顺(shun)序(xu)对其安(an)装(zhuang)精度(du)影响(xiang)研究(jiu)
通(tong)过(guo)测(ce)量(liang)管路(lu)在(zai)焊(han)接(jie)前(qian)后的变(bian)形(xing)值(zhi)，得(de)出三(san)种焊(han)接顺(shun)序(xu)下(xia)典型(xing)测点(dian)的(de)焊(han)接变形数据，如图(tu)11所(suo)示(shi)。
由(you)图(tu)11可知，在三(san)种(zhong)焊(han)接顺(shun)序下(xia)，管(guan)路的焊接变形趋(qu)势(shi)大(da)致相(xiang)同，相对(dui)于(yu)测量(liang)基(ji)准(zhun)点来(lai)说(shuo)，越(yue)靠(kao)近测量(liang)基准(zhun)点，管路的焊(han)接(jie)变形越小。从整体(ti)上看，管(guan)路(lu)1的焊(han)接(jie)变(bian)形(xing)较小(xiao)，故(gu)管路(lu)1对应(ying)的(de)焊(han)接顺(shun)序较(jiao)优(you)。
五、结(jie)论
文中通过开(kai)展钛合金(jin)管路焊(han)接(jie)技(ji)术研究，明(ming)确了(le)不同焊(han)接工(gong)艺(yi)参(can)数(shu)对(dui)管路(lu)焊(han)接接头(tou)性(xing)能的(de)影(ying)响情况(kuang)，掌(zhang)握了(le)焊接顺序对典(dian)型(xing)管路安(an)装(zhuang)精度的影响(xiang)，可有效解(jie)决钛合金(jin)管(guan)路焊(han)接(jie)技术(shu)难题，保证钛合金管路焊(han)接(jie)接头(tou)力学性能(neng)，达(da)到提(ti)升工(gong)厂钛(tai)合金(jin)管路焊接水平，提(ti)高管路(lu)安装(zhuang)质量的(de)效(xiao)果(guo)。
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