STT优质打底焊在钢制压力容器制造中的应用
时间：2022-08-30 09:47:17
[摘 要]对牌号Q345D（Φ108×12mm）钢管的stt焊接工艺进行了研究，结果表明按焊接工艺评定结果制定的焊接工艺合理，能够得到优质焊缝，提高了生产效率。
[关键词] STT；打底焊；压力容器
中图分类号：TG366 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0297-01
前言
目前在钢制压力容器制造过程中，对于焊接质量要求高，无法做背部清根的焊缝，为了确保焊接质量，特别是焊缝根部质量，一般采用手工电弧焊或TIG焊打底、手工或埋弧自动焊盖面的工艺方法。但是，手工电弧焊打底对操作者技术要求严格，焊接质量不稳定，生产效率低；TIG焊打底可保证质量，但生产成本高，生产效率低。也有企业采用传统的GMAW焊接方法， 传统的GMAW具有操作简便、变形小、焊丝连续送进（效率高）、成本低的优点，但焊接过程中容易产生飞溅，焊接质量不稳定。STT（Surface Tension Transfer）即表面张力过渡，是一种控制熔滴过渡的新型焊接方法，性能优于传统的GMAW，适用于碳钢、不锈钢的焊接，并能使用各种保护气体，具有焊接速度快、焊缝成形好、焊接缺陷易控制、飞溅少、容易操作等特点[1-4]。
1.STT焊的原理及优点
1.1 STT焊的原理
STT通过检测电弧电压，根据熔滴不同的过渡过程，适时调节焊接电流大小，从而达到电弧所需的热量[5]。解决了 CO2气体保护焊短路过渡飞溅大的技术难题，同时确保了焊接电弧稳定，焊缝双面成形良好。STT焊的工作原理如图1所示：
1） STT焊在基值电流下产生均匀一致的熔滴，并保持其形状直至熔滴接触熔池并与熔池形成短路；
2） 当熔滴与熔池形成短路时，电流降为最小，通过润湿作用熔滴过渡到熔池；
3） 一个自动的、精确的“pinch”电流波形产生。这段时间里，该波形决定短路过渡过程的结束，同时减少电流以避免产生较大的飞溅。
4） STT波形在较低的电流时重新进行引弧；
5） STT波形能感应到已经重新引弧，并且能自动应用峰值电流建立恰当的弧长，在峰值电流过后，内部回路自动转换到基值电流以提供恰当的热量。
1.2 STT焊的优点
STT焊的焊接效率是TIG焊的3～5倍，SMAW焊的1.5～2倍，并且STT焊保护气体比TIG焊保护气体便宜；与焊条电弧焊相比，STT焊基本上不产生熔渣和飞溅，焊接时的层间清理要比焊条电弧焊容易的多，提高了工作效率，节省时间及清理费用。
2.焊接工艺评定及试验
2.1试板的准备 焊接工艺评定采用牌号为Q345D钢管（规格Φ108×12），其坡口形式如图2所示，其化学成分、力学性能分别如表一、表二所示；
2.2 试件的焊接
将试板坡口及其两侧20-25mm内的毛刺、杂物等用砂轮打磨干净，然后用丙酮将油污等杂质清洗干净，避免产生缺陷，坡口清理完毕后，按图2进行点固组对。材料Q345D焊接性能良好，焊前不需预热，控制层间温度≤250℃，焊材选用与母材等强匹配的ER50-6（Φ1.2），按表3-1，表3-2所示焊接工艺参数进行焊接。
2.3试件的检验及试验
试件焊后焊缝成形美观，对试件进行外观检验，焊缝成形良好，未发现任何焊接缺陷，按照JB/T 4730-2005《压力容器无损检测》进行X射线检验（射线透照质量等级AB级）Ⅰ级合格，按照NB/T47014-2011《承压设备用焊接工艺评定》的要求进行了力学性能试验（拉伸、弯曲、-20℃冲击试验），结果均符合要求。
3产品的焊接
根据工艺评定所确定的参数编制焊接工艺规程，选择考试合格的焊工严格按照焊接工艺规程进行了数台产品接管打底焊缝的焊接，焊后背部成形良好，无损检测合格，在保证生产质量的同时，提高了生产效率，改善了工人劳动条件。
4.小结：
经过工艺评定及生产制造过程验证，采用STT打底焊技术进行接管的打底焊接，与传统方法相比具有以下优点：
1）可进行可靠的打底焊以及较好的背面成形，确保优良的侧壁熔合；
2）降低成本，焊接碳钢时，采用100%的CO2作为保护气体，成本非常低；
3）适应性强能够焊接不锈钢、镍基合金、低碳钢或高强度钢，而且焊接质量较高，能够进行全位置焊接；
4）精确的热输入控制，减少变形和烧穿，低氢含量的焊缝金属；
5）能产生高质量的根部焊道，而且焊接速度较GMAW快，电流调节不影响送丝速度，操作者能够控制焊接熔池的热输入，方便焊工使用。
6）可进行全位置焊接。
参考文献
[1] 杨燕.STT 根焊技术在管道焊接中的应用[J].电焊机，2010，40（1）：93-96.
[2] 詹斌.STT焊接技术[J].Welding Technology，2010，39：73-75.
[3] 刘光云等.STT焊接工艺参数对根焊质量的影响[J].焊接技术， 2010，39（5）：93-96.
[4] 杨晨晖，王洪铎，詹斌.焊接中的STT技术[J].太原科技，2008（1）55-57.
[5] 尹长华，王放，李剑.STT根焊技术在东西伯利亚一太平洋管道工程中的成功应用[J].焊管，2009，32（3）：57-60.前言
目前在钢制压力容器制造过程中，对于焊接质量要求高，无法做背部清根的焊缝，为了确保焊接质量，特别是焊缝根部质量，一般采用手工电弧焊或TIG焊打底、手工或埋弧自动焊盖面的工艺方法。但是，手工电弧焊打底对操作者技术要求严格，焊接质量不稳定，生产效率低；TIG焊打底可保证质量，但生产成本高，生产效率低。也有企业采用传统的GMAW焊接方法， 传统的GMAW具有操作简便、变形小、焊丝连续送进（效率高）、成本低的优点，但焊接过程中容易产生飞溅，焊接质量不稳定。STT（Surface Tension Transfer）即表面张力过渡，是一种控制熔滴过渡的新型焊接方法，性能优于传统的GMAW，适用于碳钢、不锈钢的焊接，并能使用各种保护气体，具有焊接速度快、焊缝成形好、焊接缺陷易控制、飞溅少、容易操作等特点[1-4]。
1.STT焊的原理及优点
1.1 STT焊的原理
STT通过检测电弧电压，根据熔滴不同的过渡过程，适时调节焊接电流大小，从而达到电弧所需的热量[5]。解决了 CO2气体保护焊短路过渡飞溅大的技术难题，同时确保了焊接电弧稳定，焊缝双面成形良好。STT焊的工作原理如图1所示：
1） STT焊在基值电流下产生均匀一致的熔滴，并保持其形状直至熔滴接触熔池并与熔池形成短路；
2） 当熔滴与熔池形成短路时，电流降为最小，通过润湿作用熔滴过渡到熔池；
3） 一个自动的、精确的“pinch”电流波形产生。这段时间里，该波形决定短路过渡过程的结束，同时减少电流以避免产生较大的飞溅。
4） STT波形在较低的电流时重新进行引弧；
5） STT波形能感应到已经重新引弧，并且能自动应用峰值电流建立恰当的弧长，在峰值电流过后，内部回路自动转换到基值电流以提供恰当的热量。
1.2 STT焊的优点
STT焊的焊接效率是TIG焊的3～5倍，SMAW焊的1.5～2倍，并且STT焊保护气体比TIG焊保护气体便宜；与焊条电弧焊相比，STT焊基本上不产生熔渣和飞溅，焊接时的层间清理要比焊条电弧焊容易的多，提高了工作效率，节省时间及清理费用。
2.焊接工艺评定及试验
2.1试板的准备 焊接工艺评定采用牌号为Q345D钢管（规格Φ108×12），其坡口形式如图2所示，其化学成分、力学性能分别如表一、表二所示；
2.2 试件的焊接
将试板坡口及其两侧20-25mm内的毛刺、杂物等用砂轮打磨干净，然后用丙酮将油污等杂质清洗干净，避免产生缺陷，坡口清理完毕后，按图2进行点固组对。材料Q345D焊接性能良好，焊前不需预热，控制层间温度≤250℃，焊材选用与母材等强匹配的ER50-6（Φ1.2），按表3-1，表3-2所示焊接工艺参数进行焊接。
2.3试件的检验及试验
试件焊后焊缝成形美观，对试件进行外观检验，焊缝成形良好，未发现任何焊接缺陷，按照JB/T 4730-2005《压力容器无损检测》进行X射线检验（射线透照质量等级AB级）Ⅰ级合格，按照NB/T47014-2011《承压设备用焊接工艺评定》的要求进行了力学性能试验（拉伸、弯曲、-20℃冲击试验），结果均符合要求。
3产品的焊接
根据工艺评定所确定的参数编制焊接工艺规程，选择考试合格的焊工严格按照焊接工艺规程进行了数台产品接管打底焊缝的焊接，焊后背部成形良好，无损检测合格，在保证生产质量的同时，提高了生产效率，改善了工人劳动条件。
4.小结：
经过工艺评定及生产制造过程验证，采用STT打底焊技术进行接管的打底焊接，与传统方法相比具有以下优点：
1）可进行可靠的打底焊以及较好的背面成形，确保优良的侧壁熔合；
2）降低成本，焊接碳钢时，采用100%的CO2作为保护气体，成本非常低；
3）适应性强能够焊接不锈钢、镍基合金、低碳钢或高强度钢，而且焊接质量较高，能够进行全位置焊接；
4）精确的热输入控制，减少变形和烧穿，低氢含量的焊缝金属；
5）能产生高质量的根部焊道，而且焊接速度较GMAW快，电流调节不影响送丝速度，操作者能够控制焊接熔池的热输入，方便焊工使用。
6）可进行全位置焊接。
参考文献
[1] 杨燕.STT 根焊技术在管道焊接中的应用[J].电焊机，2010，40（1）：93-96.
[2] 詹斌.STT焊接技术[J].Welding Technology，2010，39：73-75.
[3] 刘光云等.STT焊接工艺参数对根焊质量的影响[J].焊接技术， 2010，39（5）：93-96.
[4] 杨晨晖，王洪铎，詹斌.焊接中的STT技术[J].太原科技，2008（1）55-57.
[5] 尹长华，王放，李剑.STT根焊技术在东西伯利亚一太平洋管道工程中的成功应用[J].焊管，2009，32（3）：57-60.
