1. 背景概要
海洋エンジニアリングおよび石油化学産業におけるパイプラインのプレハブ加工の要件は比較的高く、作業量は比較的多くなります。従来の TIG 溶接の手動ベースと MIG 溶接の充填および被覆が使用されますが、品質と効率は理想的ではありません。新しい溶接プロセスである高効率熱線ＴＩＧ溶接を採用し，ＴＩＧ下地溶接，充填溶接，被覆溶接を実現し，従来法に代わる高能率溶接法であるＭＩＧ溶接を実現した。この実験を通じて、研究の機械的特性が有効であることが証明され、産業界での使用に成功しました。
研究目的
現在、伝統的な溶接プロセスでは、ベースに手動TIG溶接、溶接効率を向上させるために充填および被覆に手動溶接またはMIG溶接、サブマージアーク溶接などのマルチプロセス方法が使用されています。しかし、これらの充填および被覆方法は、自動溶接を実現するのが容易ではなく、さまざまなパイプ径に適しておらず、溶接欠陥が比較的発生しやすく、溶接品質の合格率は作業者の作業レベルによって制限されます。
通常のTIG溶接と比較して、ホットワイヤTIG溶接は、従来のコールドワイヤに基づいて溶接ワイヤを予熱するための別個のホットワイヤ電源を追加し、溶接線のエネルギーを変えることなく溶接ワイヤの溶解速度を高めます。このようにして、提供される溶接アークは、溶接ワイヤを溶かすのに少量のエネルギーを費やすだけで済み、それによって溶接生産効率が向上する。
高効率熱線TIGは通常のTIGよりも効率が5倍以上高く、MIG溶接速度に匹敵し、溶着速度が0.3～0.5kg/hから2～4kg/hに増加します。国内の熱線TIG技術は停滞段階にあり、効率的で高品質な溶接には程遠い。外国の熱線TIG溶接プロセスの効率は大幅に改善されておらず、MIG溶接の効率に達することはできません。したがって、効率的な熱線 TIG 溶接プロセスを開発することが特に緊急かつ重要です。
3.1 実験材料
実験用パイプの母材は Q235-A 鋼で、厚さ 12mm、外径 108mm です。化学組成を表1に示します。Q235-A鋼の引張強さはσb=482MPa、降伏強さはσs=235MPa、伸びはδ=26%です。直径1.2mmのH08Mn2Si溶接ワイヤを使用します。化学組成を表1に示します。H08Mn2Si溶接ワイヤの引張強さはσb≧500MPa、降伏強さはσs≧420MPa、伸びはδ≧22%です。
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3.2 実験方法
試験には、図1に示すオープン型パイプクランプ式パイプライン組立式高能率熱線TIG溶接システムKB370、多機能溶接電源PHOENIX-521、熱線電源シャープarc-200を使用しました。熱線TIG溶接プロセスを使用し、接合概略図を図2に示します。
図１ パイプクランプ式高能率熱線溶接システム KB370
図2 接合部の模式図
溶接前にパイプテストピースの溝の内外を約25mmの範囲で研削し、錆を落とします。テスト溶接の前に、パイプテストピースをスポット溶接で固定します。 3点スポット溶接で十分です。ズレは1.5mm以内に抑えられ隙間がありません。
3.3 実験結果
パイプ試験片は溶接後、まず X 線探傷検査を行ったところ、すべて I レベルに合格しました。他の実験では、それぞれ図 3、4、5、6、および表 3 に示すように、巨視的金属組織学的試験、顕微鏡的金属組織学的試験、および機械的特性試験を使用しました。図 3 と 4 は、3 層溶接の形態、組織構造の変化、溶接の熱影響部が小さく、気孔や亀裂がないことを明確に示しています。表 3 は、母材領域の溶接がすべて破損しており、正の曲げと後側の曲げが GB/T14452-93 規格の要件を満たしていることを示しています。表 4 からわかるように、次の結論が導き出されます。
図３ 母材の組織、熱影響部、溶接断面
図4 溶接断面の巨視的金属組織
図5 引張試験
(a) ポジティブベンド
(b)バックベンド
高効率熱線TIGはTIG溶接品質とMAG溶接速度を実現できますが、MAG溶接にはスパッタが大きい、アークが強い、気孔率が大きい、ラインエネルギーが大きい、研削量が大きいなどの欠点があります。堆積効率は高いですが、高品質の要件の下では明らかに TIG 溶接ほど安定性と信頼性がありません。高能率熱線TIG溶接の総合効率はMAG溶接と同等か若干上回る。
高効率の熱線TIG溶接と従来の冷線TIG溶接では、全体の効率が5～10倍向上します。
4. 実験の結論
4.1 熱線 TIG 溶接は、欠陥のない表面と良好な形状の溶接部を得ることができます。
4.2 熱線TIG溶接のワイヤ送給速度は5m/min、最大6.5m/minに達し、溶融速度は3.5kg/hに達することができ、生産効率が大幅に向上します。
4.3 熱線 TIG 溶接の引張破壊は母材で発生し、接合性能が向上します。
4.4 高効率熱線TIG溶接は、TIG溶接の溶接品質とMIG溶接の溶接速度を真に実現します。
5. 市場の成熟したアプリケーションと見通し
約 2 年間の市場促進と応用を経て、当社は現在、海洋工学、ガス、計装、石油化学、コンテナで広く使用されています。
高効率熱線TIG溶接プロセスは、炭素鋼だけでなく、合金鋼、ステンレス鋼、二相鋼、ニッケル基合金、その他の材料にも適しています（さまざまな材料の実験により、特に二相鋼での効果が実証されています）海洋工学やその他の産業における溶接プロセスでは、高効率熱線 TIG 溶接には比類のない利点があります)。中国における外国熱線TIG溶接の独占を打ち破り、その効率は外国ブランドと比較して外国熱線の1.5〜2倍です。
この技術はパイプラインのプレハブ溶接のギャップを埋めるものであり、中国の国情に適した革新的なプロセス技術製品であり、パイプラインのプレハブ業界における破壊的イノベーションです。これは、既存の従来のTIGプライマー+MAG充填および被覆二重複合プロセスを完全に置き換えることができ、ユーザーが繰り返し装置を購入する必要がなく、真に多機能かつ多目的のパイプラインプレハブ溶接システムです。この技術を核プロセスとする溶接システムは現在、インテリジェントパイプラインプレハブシステムにも適用されており、市場の展望は広い。
投稿日時: 2024 年 8 月 27 日
