在钢板表面镀锌是防止钢制品被腐蚀的一种重要方法之一,全世界50%左右的锌产量现主要用于钢板表面镀锌工艺。目前AP1000第三代核电机组中,核电站通风管道现选用的镀锌板厚度是普通建筑业、制冷业、汽车行业等使用镀锌板镀锌层厚度的3倍,非常不利于焊接,同时由于机组设计寿命长达60年,因此对通风管道的产品质量提出了更高的要求,亟待改善风管焊接施工环境,提高风管焊接的施工效率和建安技术水平。本文首先调研了核电现场风管施工现状及需求,采用自动熔化极气体保护焊、自动钨极氩弧焊和自动等离子弧焊分别对1.6mm、2.7mm、3.5mm镀锌板完成镀锌板自动焊焊接对比试验,结果表明:GMAW自动焊接难以保证2.7mm和3.5mm镀锌板焊接过程中整条焊缝的焊接质量;GTAW自动焊焊接可获得正面及背面均满足要求的焊缝,但镀锌层的蒸发、电离后会加速钨极的烧损;采用等离子弧自动填丝焊接时,在不去除镀锌层的条件下可以焊接出良好的接头,满足技术条件要求,适用于风管自动焊焊接。根据等离子弧焊接工艺、要点及风管焊缝形式,进行了自动等离子弧风管焊接专机样机设计及制作;研究了不同焊接工艺参数对镀锌板焊缝成形的影响,结果表明:随着离子气流量和焊接速度逐渐增大,焊缝余高和宽度逐渐降低,随着送丝速度逐渐增大,熔宽逐渐增大,余高有所减小,焊枪高度过大时,易造成缺陷如咬边,焊缝成形恶化。利用响应面分析方法建立了焊接工艺参数与焊缝形貌之间的数学模型,研究表明:焊缝高度受焊枪高度变化影响最大,送丝速度影响次之。焊缝宽度受焊接速度影响最为明显,送丝速度影响次之,焊枪高度影响最小,预测的焊缝形貌和实际焊缝形貌基本吻合。通过建立模型对工艺参数进行优化,当采用焊接电流160A,焊接速度230~235mm/min,送丝速度230~232cm/min,焊枪高度6.0mm,保护气体流量12L/min,离子气流量3.5L/min的工艺参数时,可获得良好的焊缝形貌。通过对优化工艺参数下焊接接头力学性能测试,并结合SEM、EDS、XRD测试等材料的现代分析手段对接头组织性能进行分析。结果表明,焊缝组织主要为铁素体+珠光体,主要呈针状或块状分布,随着焊接速度和送丝速度的增加,接头的抗拉强度都产生先增大后减小的趋势。焊缝区和热影响区硬度高出母材较多。焊缝致密无缺陷,无气孔,焊缝正面宽而平滑,背面焊缝较窄,焊缝表面只含0.74%的Zn元素,在优化工艺参数下所获得的镀锌板对接,锌对焊接接头质量无明显不利影响。