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【摘要】 对全焊接式球阀制造中采用的窄间隙埋弧焊工艺进行总结，解决了窄间隙埋弧焊工艺的技术难点。
【关键词】窄间隙 埋弧自动焊 全焊接式球阀 焊接变形
0 概述
在“西气东输”这一国家重大工程中，需要使用大量的大口径球阀。其中在全焊接式球阀的制造中，由于阀体与端盖的连接焊后无法进行热处理及机加工，所以阀体与端盖焊接后要有较小的焊接变形和焊缝具有较好的力学性能。而窄间隙埋弧自动焊工艺与其它焊接工艺相比，窄间埋弧自动焊工艺具有无可比拟的优越性。如坡口窄、焊缝金属填充量少，可以节省大量的焊材和焊接工时，焊接效率高；由于窄间隙焊时热输入量较低，使之母材稀释率低、热影响区变窄及焊道间自回火作用加强，这样有利于细化焊缝金属晶粒，提高焊接接头力学性能（特别是塑性和韧性）和减小焊接变形。所以业内在全焊接式球阀的阀体与端盖焊接中普遍采用窄间隙埋弧焊工艺。
本文对窄间隙埋弧自动焊焊接工艺在全焊接式球阀中的应用情况作一介绍。
1 窄间隙埋弧焊工艺技术准备
1.1 焊接方法选择
22″全焊接式球阀与端盖焊缝厚有37.5mm，直径有φ946mm。焊接工作量大，而埋弧自动焊效率高、节约焊材、焊接变形小、连续施焊、焊接接头少、无夹渣、无明弧、焊接成形美观。由于焊缝焊后无再法进行热处理及机加工，所以阀体与端盖焊接后要有较小的焊接变形和焊缝具有较好的力学性能。细丝窄间隙埋弧自动焊焊缝具有较小的焊接变形和较好的力学性能，符合焊接方法的选择的要求。
1.2 焊接坡口设计
窄间隙埋弧自动焊焊接坡口的设计，其关键尺寸是坡口宽度，设计时必须考虑焊接效率、侧壁的熔透以及脱渣的难易程度等因素。设计窄间隙埋弧自动焊焊接坡口必须首先确定焊接工艺方案（焊道分布），我们通过查阅相关资料和焊接工艺试验，确定了采用每层双道焊（见图1）。
虽然每层单道焊比每层双道焊焊接效率高、焊材用量少，但其焊接工艺适应性比每层双道焊差，易在侧壁形成未熔合、咬边、夹渣等焊接缺陷，且脱渣性差。每层双道焊焊接工艺适应性强，由于焊接坡口较宽，可以在侧壁处形成“角焊缝”焊道，不易在侧壁形成未熔合、咬边、夹渣等焊接缺陷，脱渣性好，焊接质量好。
1.3焊材与焊接参数选择
1.3.1 焊材选择
22″全焊接式球阀阀体与端盖的材料为SA-350/LF2，其化学成分及力学性能见表1和表2。
为了易于焊接设备送丝和引弧，以及为了获得较小焊接线能量来控制母材区的温度，因此选用小直径焊丝，焊丝直径为φ1.6mm。
1.3.2焊接参数选择
对于全焊接式球阀的焊接来说，较小的焊接线能量，有以下优点：
a）减小焊接热影响区的宽度和温度，从而减慢母材区的升温。防止阀体橡胶密封圈的受热氧化老化。
b）减小焊接变形。
c）焊道间自回火作用加强，可以对焊缝的焊后热处理要求进行降低。
d）细化焊缝晶粒，提高焊缝材料性能。
窄间隙埋弧自动焊工艺参数要选择小的焊接线能量。焊接线能量（焊接线能量E=I*U/V）是由焊接电流、焊接电压、焊接速度决定的，而焊接电流与焊接电压的匹配又决定了埋弧自动焊焊缝成形。因此焊接参数的选择众多影响因素决定的。22″全焊接式球阀的焊接坡口宽度为22-24mm。根据经验公式焊缝宽度=-10.4+0.08*I+（0.48-0.00094*I）*U，当我们设定焊接电流为300-350A，焊接电压为35-40V时，焊缝宽度为23mm，与坡口宽度一致。埋弧焊的焊接线能量应控制在11-16kJ/cm之间。经计算得出其焊接速度范围为394-763mm/min。我们取其中间值450-600 mm/min。窄间隙埋弧自动焊工艺参数的焊接线能量范围为10.5-18.6kJ/cm。
2 焊接工艺评定（评定标准ASME Ⅸ）
2.1 焊接设备及材料
焊接设备选用ARC-STD-1型深通道埋弧自动焊机，并对其焊接机头进行改制，以适应窄间隙埋弧自动焊工艺要求。
焊材选用φ1.6mm的H10Mn2A焊丝，焊剂SJ201。
母材选用SA350/LF2材料。
2.2 焊接工艺及参数
为了节约材料成本，同时也为了得到与产品尽量一致的焊接工艺参数和焊缝性能试验数值，我们采用与产品结构相似的焊接模拟件进行焊接工艺评定。
焊接过程中严格控制焊接层间温度≤100℃，以防止由于层间温度热量的累积使母材区的升温加快、温度升高。其焊接工艺参数根据先前计算的数值，见表4接头焊接工艺参数。
2.3 结果分析
2.3.1 试件焊后测量其横向变形量，试件横向收缩量为0.5-0.9mm，符合设计要求。
2.3.2 试件焊缝按ASME V 进行UT探伤，并按ASME B16.34附录E进行评定，其检测结果为合格，在此基础上进行力学性能测定。
2.3.3 焊接接头力学性能测定
2.3.3.1拉伸试验
按QW-152对试样作拉伸试验。其检验结果符合QW-153要求。结果见表5。
2.3.3.2弯曲试验
按QW-162对试样作拉伸试验。其检验结果符合QW-163要求。
2.3.3.3冲击试验
按SA-370对试样作冲击试验。其检验结果符合QW-171.2要求。结果见表6。
2. 3.4宏观金相检验
按QW-183对焊缝作宏观金相检验。在母材和热影响区内无裂纹，无未熔合和其它线形缺陷，其试验结果为合格。
2. 3.5硬度测量
硬度测量应分别测量焊缝区、热影响区、母材区。其硬度测量结果为≤197HB，符合SA-350/LF2要求。结果见表7。
通过焊接工艺试验，表明焊缝具有良好的性能，验证了采用的窄间隙埋弧自动焊焊接工艺参数的合理性。
3 22″全焊接式球阀焊接生产
在22″全焊接式球阀焊接生产制造中，阀体和端盖的焊接采用窄间隙埋弧自动焊。
按焊接工艺试验时的焊接参数对22″全焊接式球阀焊接生产，并在焊接生产中过程对部分焊接参数进行优化。焊缝焊后UT，一次合格率为100%。焊接变形全部符合设计规范要求，压力试验结果为全部符合设计规范要求。
4 结论
窄间隙埋弧自动焊工艺与传统埋弧自动焊工艺相比，由于坡口窄、焊缝金属填充量少是一种高效率、优焊缝性能、节约焊材的焊接工艺。窄间隙焊时热输入量较低，使焊缝金属和热影响区的组织明显细化，从而提高其力学性能，特别是塑性和韧性。在全焊接式球阀的阀体与端盖焊接生产中的应用使我们掌握了窄间隙埋弧自动焊工艺，提高焊接技术水平和生产效率。
【参考文献】
[1]厚壁构件的窄间隙埋弧焊，杨文惠译，《国外焊接》，83.3.
【关键词】窄间隙 埋弧自动焊 全焊接式球阀 焊接变形
0 概述
在“西气东输”这一国家重大工程中，需要使用大量的大口径球阀。其中在全焊接式球阀的制造中，由于阀体与端盖的连接焊后无法进行热处理及机加工，所以阀体与端盖焊接后要有较小的焊接变形和焊缝具有较好的力学性能。而窄间隙埋弧自动焊工艺与其它焊接工艺相比，窄间埋弧自动焊工艺具有无可比拟的优越性。如坡口窄、焊缝金属填充量少，可以节省大量的焊材和焊接工时，焊接效率高；由于窄间隙焊时热输入量较低，使之母材稀释率低、热影响区变窄及焊道间自回火作用加强，这样有利于细化焊缝金属晶粒，提高焊接接头力学性能（特别是塑性和韧性）和减小焊接变形。所以业内在全焊接式球阀的阀体与端盖焊接中普遍采用窄间隙埋弧焊工艺。
本文对窄间隙埋弧自动焊焊接工艺在全焊接式球阀中的应用情况作一介绍。
1 窄间隙埋弧焊工艺技术准备
1.1 焊接方法选择
22″全焊接式球阀与端盖焊缝厚有37.5mm，直径有φ946mm。焊接工作量大，而埋弧自动焊效率高、节约焊材、焊接变形小、连续施焊、焊接接头少、无夹渣、无明弧、焊接成形美观。由于焊缝焊后无再法进行热处理及机加工，所以阀体与端盖焊接后要有较小的焊接变形和焊缝具有较好的力学性能。细丝窄间隙埋弧自动焊焊缝具有较小的焊接变形和较好的力学性能，符合焊接方法的选择的要求。
1.2 焊接坡口设计
窄间隙埋弧自动焊焊接坡口的设计，其关键尺寸是坡口宽度，设计时必须考虑焊接效率、侧壁的熔透以及脱渣的难易程度等因素。设计窄间隙埋弧自动焊焊接坡口必须首先确定焊接工艺方案（焊道分布），我们通过查阅相关资料和焊接工艺试验，确定了采用每层双道焊（见图1）。
虽然每层单道焊比每层双道焊焊接效率高、焊材用量少，但其焊接工艺适应性比每层双道焊差，易在侧壁形成未熔合、咬边、夹渣等焊接缺陷，且脱渣性差。每层双道焊焊接工艺适应性强，由于焊接坡口较宽，可以在侧壁处形成“角焊缝”焊道，不易在侧壁形成未熔合、咬边、夹渣等焊接缺陷，脱渣性好，焊接质量好。
1.3焊材与焊接参数选择
1.3.1 焊材选择
22″全焊接式球阀阀体与端盖的材料为SA-350/LF2，其化学成分及力学性能见表1和表2。
为了易于焊接设备送丝和引弧，以及为了获得较小焊接线能量来控制母材区的温度，因此选用小直径焊丝，焊丝直径为φ1.6mm。
1.3.2焊接参数选择
对于全焊接式球阀的焊接来说，较小的焊接线能量，有以下优点：
a）减小焊接热影响区的宽度和温度，从而减慢母材区的升温。防止阀体橡胶密封圈的受热氧化老化。
b）减小焊接变形。
c）焊道间自回火作用加强，可以对焊缝的焊后热处理要求进行降低。
d）细化焊缝晶粒，提高焊缝材料性能。
窄间隙埋弧自动焊工艺参数要选择小的焊接线能量。焊接线能量（焊接线能量E=I*U/V）是由焊接电流、焊接电压、焊接速度决定的，而焊接电流与焊接电压的匹配又决定了埋弧自动焊焊缝成形。因此焊接参数的选择众多影响因素决定的。22″全焊接式球阀的焊接坡口宽度为22-24mm。根据经验公式焊缝宽度=-10.4+0.08*I+（0.48-0.00094*I）*U，当我们设定焊接电流为300-350A，焊接电压为35-40V时，焊缝宽度为23mm，与坡口宽度一致。埋弧焊的焊接线能量应控制在11-16kJ/cm之间。经计算得出其焊接速度范围为394-763mm/min。我们取其中间值450-600 mm/min。窄间隙埋弧自动焊工艺参数的焊接线能量范围为10.5-18.6kJ/cm。
2 焊接工艺评定（评定标准ASME Ⅸ）
2.1 焊接设备及材料
焊接设备选用ARC-STD-1型深通道埋弧自动焊机，并对其焊接机头进行改制，以适应窄间隙埋弧自动焊工艺要求。
焊材选用φ1.6mm的H10Mn2A焊丝，焊剂SJ201。
母材选用SA350/LF2材料。
2.2 焊接工艺及参数
为了节约材料成本，同时也为了得到与产品尽量一致的焊接工艺参数和焊缝性能试验数值，我们采用与产品结构相似的焊接模拟件进行焊接工艺评定。
焊接过程中严格控制焊接层间温度≤100℃，以防止由于层间温度热量的累积使母材区的升温加快、温度升高。其焊接工艺参数根据先前计算的数值，见表4接头焊接工艺参数。
2.3 结果分析
2.3.1 试件焊后测量其横向变形量，试件横向收缩量为0.5-0.9mm，符合设计要求。
2.3.2 试件焊缝按ASME V 进行UT探伤，并按ASME B16.34附录E进行评定，其检测结果为合格，在此基础上进行力学性能测定。
2.3.3 焊接接头力学性能测定
2.3.3.1拉伸试验
按QW-152对试样作拉伸试验。其检验结果符合QW-153要求。结果见表5。
2.3.3.2弯曲试验
按QW-162对试样作拉伸试验。其检验结果符合QW-163要求。
2.3.3.3冲击试验
按SA-370对试样作冲击试验。其检验结果符合QW-171.2要求。结果见表6。
2. 3.4宏观金相检验
按QW-183对焊缝作宏观金相检验。在母材和热影响区内无裂纹，无未熔合和其它线形缺陷，其试验结果为合格。
2. 3.5硬度测量
硬度测量应分别测量焊缝区、热影响区、母材区。其硬度测量结果为≤197HB，符合SA-350/LF2要求。结果见表7。
通过焊接工艺试验，表明焊缝具有良好的性能，验证了采用的窄间隙埋弧自动焊焊接工艺参数的合理性。
3 22″全焊接式球阀焊接生产
在22″全焊接式球阀焊接生产制造中，阀体和端盖的焊接采用窄间隙埋弧自动焊。
按焊接工艺试验时的焊接参数对22″全焊接式球阀焊接生产，并在焊接生产中过程对部分焊接参数进行优化。焊缝焊后UT，一次合格率为100%。焊接变形全部符合设计规范要求，压力试验结果为全部符合设计规范要求。
4 结论
窄间隙埋弧自动焊工艺与传统埋弧自动焊工艺相比，由于坡口窄、焊缝金属填充量少是一种高效率、优焊缝性能、节约焊材的焊接工艺。窄间隙焊时热输入量较低，使焊缝金属和热影响区的组织明显细化，从而提高其力学性能，特别是塑性和韧性。在全焊接式球阀的阀体与端盖焊接生产中的应用使我们掌握了窄间隙埋弧自动焊工艺，提高焊接技术水平和生产效率。
【参考文献】
[1]厚壁构件的窄间隙埋弧焊，杨文惠译，《国外焊接》，83.3.