1. Resumen de antecedentes
Los requisitos para la prefabricación de tuberías en las industrias petroquímica y de ingeniería marina son relativamente altos y la cantidad de trabajo es relativamente grande. Se utiliza la tradicional base manual de soldadura TIG y el relleno y recubrimiento de soldadura MIG, pero la calidad y eficiencia no son las ideales. Este documento adopta un nuevo proceso de soldadura: soldadura TIG con alambre caliente de alta eficiencia, para lograr soldadura de base TIG, soldadura de relleno y soldadura de recubrimiento, y logra el método de soldadura MIG de alta eficiencia para reemplazar el método tradicional. A través de este experimento, se ha demostrado que las propiedades mecánicas de la investigación son efectivas y se han utilizado con éxito en la industria.
Propósito de la investigación
En la actualidad, el proceso de soldadura tradicional utiliza soldadura TIG manual para base, soldadura manual o soldadura MIG, soldadura por arco sumergido y otros métodos multiproceso para llenar y cubrir para mejorar la eficiencia de la soldadura. Sin embargo, estos métodos de llenado y recubrimiento no son fáciles de lograr con soldadura automática, no son adecuados para varios diámetros de tubería, son relativamente fáciles de producir defectos de soldadura y la tasa de aprobación de la calidad de la soldadura está limitada por el nivel operativo de los trabajadores.
En comparación con la soldadura TIG ordinaria, la soldadura TIG con alambre caliente agrega una fuente de alimentación de alambre caliente separada para precalentar el alambre de soldadura sobre la base del alambre frío tradicional y aumenta la velocidad de fusión del alambre de soldadura sin cambiar la energía de la línea de soldadura. De esta manera, el arco de soldadura proporcionado sólo necesita gastar una pequeña cantidad de energía para fundir el alambre de soldadura, mejorando así la eficiencia de la producción de soldadura.
El TIG de alambre caliente de alta eficiencia es más de 5 veces más eficiente que el TIG ordinario, comparable a la velocidad de soldadura MIG, y la tasa de deposición aumenta de 0,3~0,5 kg/h a 2~4 kg/h. La tecnología doméstica TIG de hilo caliente se encuentra estancada y lejos de lograr una soldadura eficiente y de alta calidad. La eficiencia del proceso de soldadura TIG con hilo caliente extranjero no ha mejorado significativamente y no puede alcanzar la eficiencia de la soldadura MIG. Por lo tanto, es particularmente urgente e importante desarrollar un proceso de soldadura TIG con hilo caliente eficiente.
3.1 Materiales experimentales
El material madre de la tubería experimental es acero Q235-A, con un espesor de 12 mm y un diámetro externo de 108 mm. La composición química se muestra en la Tabla 1. La resistencia a la tracción del acero Q235-A es σb=482MPa, el límite elástico es σs=235MPa y el alargamiento es δ=26%. Se utiliza alambre de soldadura H08Mn2Si con un diámetro de 1,2 mm. La composición química se muestra en la Tabla 1. La resistencia a la tracción del alambre de soldadura H08Mn2Si es σb≥500 MPa, el límite elástico es σs≥420MPa y el alargamiento es δ≥22%.
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3.2 Método experimental
La prueba utilizó el sistema de soldadura TIG de alambre caliente de alta eficiencia para prefabricación de tuberías tipo abrazadera de tubería de tipo abierto KB370, como se muestra en la Figura 1, la fuente de energía de soldadura multifunción PHOENIX-521 y la fuente de energía de alambre caliente Sharp arc-200. Se utilizó el proceso de soldadura TIG con hilo caliente y el diagrama esquemático de la unión se muestra en la Figura 2.
Figura 1 Sistema de soldadura de alambre caliente de alta eficiencia tipo abrazadera para tubos KB370
Figura 2 Diagrama esquemático de la articulación.
Antes de soldar, el interior y el exterior de la ranura de la pieza de prueba de la tubería se rectifican y se elimina el óxido, con un rango de aproximadamente 25 mm. Antes de la soldadura de prueba, la pieza de prueba de tubería se fija mediante soldadura por puntos. La soldadura por puntos de tres puntos es suficiente. La desalineación se controla dentro de 1,5 mm y no hay espacios.
3.3 Resultados experimentales
Después de soldar las muestras de tubería, primero se sometieron a detección de fallas por rayos X y todas pasaron el nivel I. Otros experimentos utilizaron pruebas metalográficas macroscópicas, metalográficas microscópicas y de propiedades mecánicas, como se muestra en las Figuras 3, 4, 5, 6 y la Tabla 3, respectivamente. Las Figuras 3 y 4 muestran claramente la morfología de la soldadura de tres capas, los cambios en la estructura organizativa, la pequeña zona de la soldadura afectada por el calor y la ausencia de poros o grietas. La Tabla 3 muestra que todas las soldaduras estaban rotas en el área del material principal y que el doblez positivo y el doblez hacia atrás cumplieron con los requisitos del estándar GB/T14452-93. Como se puede observar en la Tabla 4, se extraen las siguientes conclusiones:
Figura 3 Microestructura del metal base, zona afectada por el calor y sección transversal de soldadura.
Figura 4 Estructura metalográfica macroscópica de la sección transversal de soldadura.
Figura 5 Prueba de tracción
(a) Curvatura positiva
(b) Flexión hacia atrás
El TIG con alambre caliente de alta eficiencia puede lograr calidad de soldadura TIG y velocidad de soldadura MAG, pero la soldadura MAG tiene desventajas como grandes salpicaduras, arco fuerte, gran porosidad, gran energía de línea y gran cantidad de molienda. Aunque su eficiencia de deposición es alta, obviamente no es tan estable y confiable como la soldadura TIG bajo requisitos de alta calidad. La eficiencia integral de la soldadura TIG con hilo caliente de alta eficiencia es equivalente o ligeramente mayor que la soldadura MAG;
La soldadura TIG con hilo caliente de alta eficiencia y la soldadura TIG con hilo frío tradicional tienen una mejora general de la eficiencia de 5 a 10 veces.
4. Conclusión experimental
4.1 La soldadura TIG con hilo caliente puede obtener una soldadura con una superficie libre de defectos y buena formación;
4.2 La velocidad de alimentación del alambre de la soldadura TIG con alambre caliente alcanza los 5 m/min, hasta 6,5 m/min, y la velocidad de fusión puede alcanzar los 3,5 kg/h, lo que mejora en gran medida la eficiencia de la producción;
4.3 La fractura por tracción de las soldaduras TIG con hilo caliente ocurre en el material base, lo que mejora el desempeño de la unión;
4.4 La soldadura TIG con hilo caliente de alta eficiencia realmente logra la calidad de soldadura de la soldadura TIG y la velocidad de soldadura de la soldadura MIG.
5. Aplicaciones y perspectivas maduras del mercado
Después de casi dos años de promoción y aplicación en el mercado, actualmente somos ampliamente utilizados en ingeniería marina, gas, instrumentación, petroquímica y contenedores.
El proceso de soldadura TIG con hilo caliente de alta eficiencia no sólo es adecuado para acero al carbono, sino también para acero aleado, acero inoxidable, acero dúplex, aleaciones a base de níquel y otros materiales (experimentos con diversos materiales han demostrado que, especialmente en el acero dúplex proceso de soldadura en ingeniería marina y otras industrias, la soldadura TIG con hilo caliente de alta eficiencia tiene ventajas incomparables). Ha roto el monopolio de la soldadura TIG con alambre caliente extranjero en China y su eficiencia es de 1,5 a 2 veces mayor que la de los alambres calientes extranjeros en comparación con las marcas extranjeras.
Esta tecnología llena el vacío en la soldadura de prefabricación de tuberías, es un producto de tecnología de proceso innovador adecuado para las condiciones nacionales de China y es una innovación disruptiva en la industria de prefabricación de tuberías. Puede reemplazar completamente el proceso tradicional existente de imprimación TIG + llenado MAG y proceso de recubrimiento de doble compuesto, evitando que los usuarios compren equipos repetidamente, y es un sistema de soldadura de prefabricación de tuberías verdaderamente multifuncional y multipropósito. El sistema de soldadura con esta tecnología como proceso central también se aplica actualmente al sistema inteligente de prefabricación de tuberías, y las perspectivas de mercado son amplias.
Hora de publicación: 27 de agosto de 2024
