厚板超窄间隙旋转电弧焊接技术及成套装备
厚板焊接作为我国核电、船舶、石化等领域重大装备的关键制造技术,对低热输入、高效率、高质量的新型焊接方法升级需求极其迫切。窄间隙焊接技术因采用窄且深的坡口,在厚板焊接时具有效率高、填充量少、热输入小、变形小等优势,在提高焊接效率和焊接质量等方面具有重要应用前景。目前,该类技术在国外核电、船舶等行业广泛应用,技术较为成熟。而我国窄间隙焊接技术研究起步较晚,在大厚板核心焊接设备、工艺及材料均受制于人,尤其针对我国国防重点企业,存在“卡脖子”风险。高端焊接装备依赖于进口,价格高昂。国外主要生产厂家包括法国宝利苏迪、日本日立公司、美国电弧机器等,国内生产厂家华恒、唐山开元等依赖于国外企业的专利授权。
国际和国内现有技术一般采用钨极摆动、陶瓷片约束、横向交变磁场等控制电弧周期性地在两侧壁之间燃烧,存在装置复杂、母材被磁化或间隙较大等缺点。为解决窄间隙焊接侧壁熔合的难题,课题组另辟蹊径,创新性地提出了一种具有完全自主知识产权的“厚板超窄间隙旋转电弧焊接技术及成套装备”新技术。该技术突破了现有窄间隙钨极氩弧焊接(NG-GTAW,narrow-gap gas tungsten arc welding)工艺的局限性,已实现壁厚50 mm超窄间隙焊接,能够更为可靠、简便地解决侧壁未熔合缺陷问题。相对于国内外的现有技术,该技术形成的旋转电弧能够有效改善电弧热量及压力的均匀性,在保证熔敷金属质量均匀的同时避免熔深过大,具备高质量、高效率的突出优势,达到国际先进水平,已在国防、核电、QT等工业领域推广应用。同时,研究团队自主设计研发了面向核电、石化、船舶等装备的大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙GTAW成套装备(图1),可实现板厚超过150 mm、窄间隙5 mm——9 mm的厚壁材料高质量自动化焊接。
图1 大厚板非轴对称旋转钨极超窄间隙GTAW成套装备
该设备特别适用于厚壁不锈钢焊接、钛合金、980高强钢、9Ni钢等特种材料,在核电、军工、石化等领域具有广泛的应用前景。目前处于国际先进水平的宝利苏迪公司生产的单套设备售价高达380万元,国产设备售价也达到150——200万元水平。而自主设计研发的设备单套成本仅约30万元,能够产生巨大的经济效益。
山东大学
2025-02-08