高壓加熱器管子管板自動(dòng)脈沖氬弧焊的應(yīng)用

邵元祥

(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱150046)

0 引言

高壓加熱器簡(jiǎn)稱(chēng)“高加”，是表面式給水加熱器，其工作原理是利用汽輪機(jī)的抽汽(高溫、高壓)加熱鍋爐給水，從而提高鍋爐的效率。然而，高加換熱的效率是由高加自身結(jié)構(gòu)決定的，所以，為了發(fā)揮高加的真實(shí)作用，本文針對(duì)高加結(jié)構(gòu)展開(kāi)分析。

1 高壓加熱器中的管子－管板結(jié)構(gòu)形式

高加主要由水室、管系、外殼組成，其中管系主要由換熱管、管板通過(guò)焊接構(gòu)成。目前，高加換熱管(U形管)常用材質(zhì)為SA556－C2、規(guī)格φ15.88×(2.0～2.3)，管板材質(zhì)為 20MnMo，Ⅳ級(jí)鍛件，堆焊材質(zhì)為DT4A超低碳鋼。管子－管板的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

2 焊前準(zhǔn)備及裝配定位

圖1 內(nèi)縮式管子－管板的結(jié)構(gòu)形式

焊前將換熱管管端、管板孔及管板表面的油、銹等污物清理干凈并用丙酮擦洗，換熱管端部清理的長(zhǎng)度應(yīng)不小于150 mm;管板清理后，用電加熱片將管板加熱至40～45℃，加熱一直持續(xù)到焊接結(jié)束，以防止管孔及焊接部位結(jié)露生銹。然后，使用專(zhuān)用工具進(jìn)行裝配管子與管板，以保證管子的內(nèi)縮距離。采用手工氬弧焊的方法點(diǎn)焊定位，點(diǎn)焊時(shí)一定要保證焊點(diǎn)根部完全熔透。

3 管子－管板自動(dòng)脈沖氬弧焊的焊接工藝

高加管子－管板焊口分布比較密集，數(shù)量較多(300 MW高加每臺(tái)約2 500個(gè)，600 MW高加每臺(tái)5 000多個(gè))，焊接工作量較大。管壁相對(duì)較薄，而且焊接為全位置焊接(5G+5F)，焊接過(guò)程存在上坡和下坡階段，采用傳統(tǒng)的手工氬弧焊很難控制焊道成型，焊后焊縫厚度和寬度不均勻，管壁內(nèi)側(cè)局部存在焊瘤，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率較低。因此，提出采用自動(dòng)脈沖氬弧焊，這樣不但能提高焊接效率，而且焊縫成型容易控制，焊縫比較均勻、美觀，內(nèi)部質(zhì)量可靠。

焊接材料根據(jù)母材的特性，選擇了ER50－6焊絲(φ0.8 mm)。鎢極采用 WCe(φ2.4 mm)。焊接設(shè)備采用法國(guó)POLYSOUDE電源+PS2000機(jī)頭。焊接工藝參數(shù)如表1所示。焊接過(guò)程自動(dòng)程序化，焊接按順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

表1 自動(dòng)脈沖氬弧焊工藝參數(shù)

4 焊接要點(diǎn)及控制措施

4.1 鎢極形狀

鎢極的尖端形狀對(duì)焊接電弧狀態(tài)、焊縫的熔深、焊縫成型、鎢極的燒損情況有很大影響。所以，保持鎢極尖端的形狀對(duì)于保證焊縫質(zhì)量十分重要。焊前鎢極尖端應(yīng)打磨成如圖2所示的形狀尺寸。焊接時(shí)，若特殊情況鎢極燒損或粘上飛濺應(yīng)立即更換，這樣才能保證焊縫成型。

4.2 機(jī)頭定位裝置的調(diào)整

焊接過(guò)程中為保證鎢極能夠按固定的軌跡沿管子歸圓旋轉(zhuǎn)，以及旋轉(zhuǎn)過(guò)程中鎢極與管子端部的高度保持一致，需要對(duì)機(jī)頭進(jìn)行很好的定位。若定位不好，則鎢極按非圓形軌跡旋轉(zhuǎn)，焊后焊道是非圓形，母材熔合不好，焊縫不符合要求。

圖2 合適的鎢極尖端形狀

機(jī)頭定位分2部分進(jìn)行控制:其一，通過(guò)芯軸、芯套組件插入管子端部，芯套彈性脹大與管子內(nèi)壁緊密貼合，達(dá)到固定的作用，保證機(jī)頭旋轉(zhuǎn)軌跡歸圓。若芯套過(guò)小，則脹大后貼合不緊或貼合不上，起不到固定作用。若芯套過(guò)大，則往管子端部插進(jìn)和拔出時(shí)阻力很大，給操作帶來(lái)很大困難。因此，焊接前要根據(jù)管子的內(nèi)徑尺寸選擇合適的芯套與管子配試，既要保證芯套與管子能夠脹緊，又要保證插拔順利。其二，調(diào)整機(jī)頭上3個(gè)定位爪的高度，使之保持一致，保證機(jī)頭旋轉(zhuǎn)過(guò)程中鎢極高度保持不變。鎢極與水平線(xiàn)有5°夾角，若3個(gè)定位爪高度不同，則鎢極在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中與水平線(xiàn)角度將實(shí)時(shí)變化，進(jìn)而影響焊縫成型。因此，焊接前要使用游標(biāo)卡尺精確測(cè)量并調(diào)整3個(gè)爪的高度，使之保持一致。

4.3 鎢極與管板、管子的位置

鎢極與管板、管子的相對(duì)位置也是影響焊縫成型的關(guān)鍵因素。如果鎢極與管板、管子距離較小，鎢極容易燒損、粘連，焊道較窄，母材邊緣就熔合不到位。若距離過(guò)大，則焊接電弧變長(zhǎng)，焊縫變寬，管子內(nèi)壁容易產(chǎn)生焊瘤，管橋燒損過(guò)大，相鄰兩焊縫產(chǎn)生搭接重合，焊縫成型不好。鎢極、管板、管子間合理的位置如圖3所示。

圖3 鎢極與管子、管板位置示意圖

5 焊后檢驗(yàn)

對(duì)管子－管板產(chǎn)品焊口及50個(gè)試樣焊縫表面做PT檢測(cè)，均達(dá)到了JB/T4730－2005Ⅰ級(jí)合格標(biāo)準(zhǔn)。3個(gè)試樣(管壁厚度2.1 mm)斷面宏觀檢測(cè):共檢查6個(gè)焊縫截面，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣孔、未溶合、根部未熔透等缺陷;測(cè)量焊縫厚度分別為1.72 mm、1.68 mm、1.64 mm、1.76 mm、1.68 mm、1.74 mm，均達(dá)到合格指標(biāo)(合格標(biāo)準(zhǔn)不小于1.4mm)。產(chǎn)品焊后做氣密性試驗(yàn)及水壓試驗(yàn)均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄露。

目前已出產(chǎn)的300余臺(tái)高壓加熱器，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行良好，管端焊縫質(zhì)量可靠。

6 結(jié)論

通過(guò)上述分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，自動(dòng)脈沖氬弧焊是高壓加熱器管子－管板焊接較為理想的選擇。只要采用合理的焊接工藝，做好焊前清理及設(shè)備的調(diào)試準(zhǔn)備，就能獲得比較理想、可靠的焊縫，而且生產(chǎn)效率較高。