雙人同步TIG 焊在大型藝術(shù)制像工程中的應(yīng)用

1、雙人同步TIG 焊在大型藝術(shù)制像工程中的應(yīng)用摘要 介紹了雙人同步TIG 立焊和雙人同步TIG 橫焊兩項新工藝，在鑄造錫青銅壁板（材料牌號C90300，壁厚68mm）上進(jìn)行了一系列焊接工藝實驗。驗證了這兩項新工藝與常規(guī)單人TIG 雙面焊相比，能保證焊接質(zhì)量、焊接變形小、提高生產(chǎn)率等優(yōu)點。通過對兩項新工藝的焊接評定，其焊接接頭完全滿足設(shè)計技術(shù)指標(biāo)，從而成功地在大型藝術(shù)制像工程中得到應(yīng)用與推廣。關(guān)鍵詞 鑄造錫青銅C90300 大型藝術(shù)制像 雙人同步 TIG 立焊 雙人同步 TIG 橫焊1 引言近年來，我集團(tuán)公司承擔(dān)了多項大型藝術(shù)制像的工程。這些藝術(shù)制像有的高度達(dá)百米，外圍直徑數(shù)十米，由成百上千塊耐大

2、氣腐蝕的鑄造錫青銅壁板懸掛安裝在一個堅固的主鋼架上。壁板安裝時采用三維調(diào)節(jié)的方法，使壁板角點到安裝基點保持一定的距離，成千塊壁板拼裝成一個整體，然后焊接、表面處理，最終成為一尊線條流暢，藝術(shù)形象完美的塑像，流傳百世，供人參觀、瞻仰。我們承建的某大型藝術(shù)制像工程是由2000 多塊鑄造錫青銅壁板拼裝而成，其焊道長度超過18000 米，焊接工作量很大，加之該大型藝術(shù)制像工程的鑄造錫青銅壁板在拼裝前不進(jìn)行銑削切邊和預(yù)裝工序，其壁板的現(xiàn)場安裝，是在高空野外和全位置條件下進(jìn)行焊接施工，因而大大增加了焊接工作量、焊接加工難度和工藝復(fù)雜性。為了能確保藝術(shù)制像工程的高質(zhì)量、高速度、低成本并滿足塑像藝術(shù)形象完美的

3、要求，特提出在銅合金上應(yīng)用雙人同步TIG 立焊和雙人同步TIG 橫焊新工藝焊接方法。為此我們開展了一系列焊接工藝試驗和焊工的技能培訓(xùn)，選擇了合適的焊接接頭形式和工藝參數(shù)。2 雙人同步TIG 的特點2.1 雙人同步TIG 立焊的操作方法由兩名焊工各持一把手工鎢極氬弧焊槍，分別從壁板內(nèi)外兩側(cè)同時進(jìn)行施焊，使兩個熔核對稱，最后形成一個共同焊接熔池，同步地由下向上進(jìn)行立焊，如圖1 所示。圖1 雙人同步TIG 立焊示意圖2.2 雙人同步TIG 橫焊的操作方法由兩名焊工各持一把手工鎢極氬弧焊槍，分別從壁板內(nèi)外兩側(cè)同時進(jìn)行施焊，使兩個熔核對稱，最后形成一個共同焊接熔池，同步地沿同一個方向進(jìn)行施焊，如圖2 所

4、示。它與雙人同步TIG 立焊不同之處是，必須一名焊工左手持焊槍，另一名焊工右手持焊槍進(jìn)行操作，才能保證沿一個方向進(jìn)行焊接。圖2 雙人同步TIG 橫焊示意圖2.3 雙人同步TIG 焊對焊接設(shè)備的要求雙人同步TIG 焊必須選用兩臺TIG 焊設(shè)備，要求它們的技術(shù)性能指標(biāo)相同，避免在焊接過程相互干擾，破壞焊接熔池的穩(wěn)定性。2.4 雙人同步TIG 焊對坡口和裝配間隙的選擇雙人同步TIG 焊只有對接接頭焊縫才能顯示出它的優(yōu)越性，其它焊接接頭形式不宜采用。雙人同步TIG 立焊，對于厚度為68mm 鑄造錫青銅壁板，可以不開坡口選用I 形對接形式，能實現(xiàn)雙人焊一次成形的焊縫。既節(jié)省焊接材料又減輕了勞動強(qiáng)度，提高

5、生產(chǎn)效率。其坡口形式如圖3 所示。對厚度為68mm 鑄造錫青銅來說，無論采用雙人同步TIG 立焊，還是雙人同步TIG 橫焊，壁板裝配時必須留有一定間隙才能保證施焊的正常進(jìn)行。龐大的制象工程，要求壁板之間保持一定不變的裝配間隙是不可能的，甚至在拼裝同一條焊縫上往往裝配間隙也是不等的。為此，我們對大小不同的裝配間隙進(jìn)行焊接試驗，發(fā)現(xiàn)當(dāng)間隙小于2mm 時，不僅影響兩邊焊工對焊接熔池的觀察，同時也會影響電弧的穿透力，容易造成焊縫的未焊透現(xiàn)象，出現(xiàn)未熔合缺陷；當(dāng)裝配間隙大于8mm 時，電弧不能同時均勻熔化待焊處兩側(cè)，焊接時焊槍必須來回擺動才能保證焊透，而且焊縫表面成形較差，不能達(dá)到技術(shù)指標(biāo)的要求。通過試

6、驗確定：對于68mm 厚度的鑄造錫青銅壁板，采用雙人同步TIG 立焊時，最佳裝配間隙為36mm，局部最大不允許超過8mm；采用雙人同步TIG橫焊時，最佳裝配間隙24mm；局部最大不允許超過6mm。圖3 雙人同步TIG 立焊坡口形式雙人同步TIG 橫焊，對厚度為68mm 鑄造錫青銅壁板，坡口形式可選X 形帶鈍邊的雙V 形的坡口，其坡口形式見圖4。圖4 雙人同步TIG 橫焊坡口形式2.5 焊接規(guī)范參數(shù)的選擇雙人同步TIG 焊選用直流正接電源極性。對于TIG 焊來說，焊接電流是一個主要的參數(shù)，焊接電流的大小與板厚有密切關(guān)系。雙人同步TIG 焊焊接時要求兩側(cè)的焊接電流相同或者接近，兩側(cè)焊接電流的差值不

7、能大于10 安培，否則有可能焊接電流大的一方，電弧磁吹力也偏大，會影響另一方焊接電弧的穩(wěn)定性，破壞了焊接熔池的均勻流動，造成焊縫表面質(zhì)量變差，焊縫內(nèi)部易產(chǎn)生疵病。厚度為68mm 鑄造錫青銅壁板，采用雙人同步TIG 立焊和橫焊時，采用焊接工藝規(guī)范參數(shù)，可以獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭，工藝參數(shù)見表1。工藝參數(shù)焊接方法焊接電流/A焊接電壓/V焊接速度/mm/min-1焊絲直徑/mm鎢絲直徑/mm噴嘴直徑/mm氬氣流量/Lmm-1正面背面正面背面雙人同步TIG立焊100-130100-13015-1615-1680-1204416-2012-18打底焊雙人同步TIG橫焊90-12090-12015-1615-

8、1680-1204416-2012-18蓋面焊單人TIG橫焊170-20015-1780-1404416-2012-18表1 雙人同步TIG 焊焊接工藝參數(shù)2.6 對焊工操作技能方面的要求雙人同步TIG 焊的特點是壁板內(nèi)外兩側(cè)同時受熱，在氬氣保護(hù)下形成一個共同的焊接熔池，加之兩把焊槍同時發(fā)射電子，加速焊接熔池的攪拌作用，有利于熔池中氣體上浮逸出，從而減少焊縫內(nèi)部氣孔的產(chǎn)生。但是，如果兩名焊工操作時所處位置不當(dāng)，影響到兩把焊槍相對位置不對稱，使壁板內(nèi)外兩側(cè)的焊接熔池不對中，難于形成一個共同焊接熔池，在焊接過程中不可避免地要產(chǎn)生新的缺陷。從圖5 可以看出雙人同步TIG 立焊時，兩把焊槍相對位置不對

9、稱時，造成兩者焊接熔池不在同一水平線上，而各自的焊接熔池必然會造成焊縫中間出現(xiàn)未熔合的缺陷。如果兩把焊槍處于對稱的同一位置，但兩把焊槍偏離焊縫的中心線，同樣也有可能造成單邊未熔合的缺陷。如圖6 示，如果在拼裝時裝配間隙過大，也會產(chǎn)生這類缺陷。圖5 兩把焊槍位置不正確時引起的未熔合圖6 兩把焊槍偏離焊縫中心引起的未熔合此外，雙人同步TIG 橫焊時，要求一名焊工右手握焊槍，另一名焊工左手握焊槍，才能保證焊接沿一個方向施焊。在焊工操作技能培訓(xùn)時，有意識地培訓(xùn)部分焊工能左手握焊槍進(jìn)行施焊，且焊接接頭質(zhì)量并不遜色。由于施工條件比較惡劣，焊接位置變化多端，還需培訓(xùn)一部分焊工能熟練自如地掌握各種位置的焊接操

10、作技能。首先對焊工進(jìn)行理論知識培訓(xùn)，考試合格后方可進(jìn)行操作技能培訓(xùn)。操作技能培訓(xùn)分兩個階段進(jìn)行，先進(jìn)行單人雙面TIG 平焊、立焊、橫焊的培訓(xùn)。按設(shè)計技術(shù)條件和業(yè)主的要求進(jìn)行考試，考試通過后，再進(jìn)行第二階段培訓(xùn)。首先將操作技能水平相當(dāng)?shù)膬擅腹みM(jìn)行組隊，組對時還要考慮兩名焊工的性格，興趣愛好相近，才能保證兩人在焊接過程中相互幫助，同步協(xié)調(diào)達(dá)到配合默契的狀態(tài)。組對操作技能培訓(xùn)過程中要求特別嚴(yán)格，要進(jìn)行強(qiáng)化培訓(xùn)，然后進(jìn)行雙人同步TIG 立焊和橫焊考試，考試評定要求與單人雙面焊相同，考試合格后頒發(fā)合格證，憑合格證才能到現(xiàn)場操作。2.7 雙人同步TIG 焊與單人雙面TIG 焊的比較單人雙面TIG 焊，焊

11、接68mm 厚度板材時必須開有帶鈍邊V 形坡口，如圖7 所示。與雙人同步TIG焊相比既要開坡口，焊接后還要清根，再焊封底焊，不僅增加了焊接工作量、零件的焊接變形，還增加了焊接材料的消耗。圖7 單人雙面TIG 橫焊的坡口形式另外，單人雙面TIG 焊，對裝配間隙要求比較嚴(yán)格，一般必須嚴(yán)格控制在34mm，否則將產(chǎn)生焊接缺陷，大大增加了焊縫的返修率。2.8 雙人同步TIG 焊的優(yōu)點與單人雙面TIG 焊相比具有以下優(yōu)越性，（a）雙人同步TIG 焊是由兩名焊工同時從壁板內(nèi)外兩側(cè)均勻加熱，提高了焊接熱效應(yīng)，可以加快焊接速度，還能減少焊接變形。(b)壁板拼裝時，對裝配間隙沒有單人雙面TIG 焊那樣嚴(yán)格，方便了

12、現(xiàn)場操作，減輕高空作業(yè)的勞動強(qiáng)度。 (c)壁板內(nèi)外兩側(cè)均受氬氣的有效保護(hù)，防止了外界空氣的侵入，有利于減少焊縫內(nèi)部氣孔的產(chǎn)生。(d)由于雙人同步TIG 焊施焊時，壁板內(nèi)外對稱的填充焊接材料，可以實現(xiàn)一次焊接兩面成形的焊縫，減少了單人雙面TIG 焊背面必須清根，清根后仍需再焊封底焊的工作量，且免除了清根時繁重的勞動并節(jié)省了焊接材料的消耗。(e)從表1 和表2 中可以看出，雙人同步TIG 立焊和橫焊與單人雙面TIG 焊相比，可以少一層和二層焊縫，既節(jié)省了焊接時間，又縮短了工程時間，同時節(jié)省了焊接材料，從而提高了生產(chǎn)效率，降低了工程成本。3 雙人同步TIG 焊接工藝評定對雙人同步TIG 立焊和橫焊進(jìn)

13、行了焊接工藝評定。3.1 試板材料與尺寸選用與制像相同的鑄造錫青銅板材，牌號為C90300。板厚與鑄造錫青銅壁板相同為68mm。試板尺寸：雙人同步TIG 焊為600mm200mm。3.2 焊接材料選用牌號ScuSn8-4 錫青銅焊絲，其焊縫表面顏色與鑄造錫青銅顏色沒有色差，形成色彩一致的塑像。焊絲直徑為F 3、F 4mm 兩種。3.3 焊接設(shè)備選用同一廠家制造的ZX5-400B 可控硅焊機(jī)。3.4 焊接工藝評定的其它參數(shù)焊接坡口形式、尺寸、裝配間隙和焊接工藝規(guī)范參數(shù)與2.4，2.5 相同，不再敘述。焊前采用機(jī)械清理，清除表面氧化皮。3.5 焊接接頭質(zhì)量檢查3.5.1 焊接接頭外觀檢查焊縫外觀成

14、形平直，焊縫呈圓滑形均勻過渡到母材，焊縫表面沒有裂紋、氣孔和咬邊等表面缺陷。雙人同步TIG 立焊和橫焊與單人雙面TIG 焊的焊接角變形量和焊縫橫向收縮量的比較，見表2。焊接位置焊接方法裝配間隙/mm角變形量a/（）橫向收縮量/mm立焊雙人同步TIG立焊4.00-3.00.51.2（8件）單人雙面TIG立焊3.50-12.01.84.5（10塊）橫焊雙人同步TIG立焊4.00-4.82.02.0（8件）單人雙面TIG立焊2.50-12.62.05.1（10塊）表2 焊接角變形量和焊縫橫向收縮量的比較3.5.2 焊接接頭內(nèi)部質(zhì)量檢查按設(shè)計部門和業(yè)主制定的焊接技術(shù)條件要求進(jìn)行X 光射線無損探傷檢查，

15、結(jié)果所有焊縫內(nèi)部無裂紋、未焊透和未熔合等缺陷，滿足焊接技術(shù)條件要求。表面質(zhì)量也符合焊接技術(shù)條件要求。3.5.3 焊接接頭的力學(xué)性能測定按GB2649-84 標(biāo)準(zhǔn)加工焊接接頭的拉伸和彎曲試樣，按GB2651-89 和GB2653-89 標(biāo)準(zhǔn)測定焊接接頭的力學(xué)性能，測定數(shù)值見表3。所有數(shù)值均達(dá)到焊接技術(shù)條件的要求，評定合格。通過焊接工藝評定，認(rèn)為厚度為68mm鑄造錫青銅（C90300）板材，采用雙人同步TIG 立焊和雙人同步TIG 橫焊，完全可以在大型藝術(shù)制像工程中應(yīng)用。焊接方法抗拉強(qiáng)度d/MPa橫向冷彎角a/（）結(jié)論設(shè)計指標(biāo)測量數(shù)值測量數(shù)值雙人同步TIG立焊172220-30015不裂15不裂合

16、格265（6件）雙人同步TIG橫焊172220-27015不裂15不裂合格242（6件）單人雙面TIG 焊 172210-25015不裂15不裂合格表3 焊接接頭力學(xué)性能4 雙人同步TIG 焊在大型藝術(shù)制像工程中的應(yīng)用在大型藝術(shù)制像工程中，可以采用雙人同步TIG焊的壁板是標(biāo)準(zhǔn)板，約1090 塊，占整個壁板總數(shù)近1/2。標(biāo)準(zhǔn)壁板是指表面積為2m2m 的鑄造錫青銅壁板。雙人同步TIG 焊的焊道總長超過24000m，占整個工程焊道的總長3/5，表明雙人同步TIG 焊的工藝在這項工程中起到了非常重要的作用。4.1 雙人同步TIG 焊的櫓?可以采用雙人同步TIG 焊的壁板層共有31 層，每層配有89 名

17、裝配工進(jìn)行拼裝，拼裝完后每層分810 個焊接工位同時進(jìn)行焊接，每個工位由兩名焊工同步施焊，現(xiàn)場拼裝焊接的施工示意圖見圖8。圖8 現(xiàn)場拼裝焊接的施工示意圖4.2 壁板拼裝焊接壁板裝配時，應(yīng)保持兩相鄰壁板的連接線流暢。壁板裝配時的拼縫保持平整，才能預(yù)焊。如果形面不流暢或拼縫沿邊出現(xiàn)下凹或鉤頭時應(yīng)及時校形，以滿足壁板的拼裝要求。由于大型藝術(shù)制像直接在現(xiàn)場拼裝，在拼裝過程中有時無法保證壁板的裝配間隙在36mm間和壁板外側(cè)錯位小于1.5mm 的技術(shù)要求。為此，當(dāng)壁板裝配間隙小于3mm 時，必須對壁板待焊處進(jìn)行磨削或切割；當(dāng)壁板裝配間隙大于8mm 小于12mm 時，可以在壁板拼縫側(cè)進(jìn)行堆焊；當(dāng)壁板裝配間隙大于12mm時，必須采用壁板拼縫側(cè)加鑲條的方法進(jìn)行修補(bǔ)。4.3 焊接質(zhì)量控制4.3.1 焊接前的質(zhì)量檢測焊前要求操作人員嚴(yán)格遵守執(zhí)行有關(guān)焊接工藝文件、焊接工藝規(guī)程的要求。檢查坡口的加工尺寸，嚴(yán)格控制拼裝時的裝配間隙和錯位量，及時清除待焊處氧化皮。對焊接設(shè)備要求保證完好，特別要強(qiáng)調(diào)接地線，以確保人身安全。4.3.2 焊接過程中質(zhì)量控制嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝評定中規(guī)定的焊接工藝規(guī)范參數(shù)，施焊過程中要詳細(xì)記錄并存檔，以便對焊接質(zhì)量進(jìn)行分析。每焊完一道層間焊縫，對焊接質(zhì)量要進(jìn)行自檢和專職檢查，焊縫質(zhì)量符合驗收技術(shù)要求后，方可進(jìn)行下道焊縫的焊接。4.3.3 焊后焊接質(zhì)量檢測焊后進(jìn)行全面專職檢查，雙人同