電站鍋爐膜式壁管排氬弧焊打底的焊接手法及缺陷控制

寧夏電力建設(shè)工程公司 （銀川 750001） 王 進(jìn) 李 莉

1.概述

在電廠鍋爐安裝焊接中，約有20%～40%的地面焊口組合率，隨著機(jī)組容量和參數(shù)的不斷增加，這部分焊口在超超臨界機(jī)組中已達(dá)到20000余道，焊口大部分是膜式壁（水冷壁、包墻）管排，并以水平固定管居多。焊接時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然這一部分焊口的焊接施工環(huán)境條件要比鍋爐安裝焊口好，但是這一部分焊口氬弧焊打底時(shí)出現(xiàn)的焊接缺陷較多，焊口的一次合格率遠(yuǎn)低于鍋爐安裝焊口。目前，膜式壁（水冷壁、包墻）排管的焊接采用立向上焊接手法、立向下等焊接手法 ，下面就對(duì)這幾種焊接手法及其焊接缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行探討。

2.膜式壁管排的焊接特點(diǎn)

膜式壁管(如鍋爐水冷壁管、包墻管)一般10～40根光管由密封板焊接形成一個(gè)整體，為了減少鍋爐高空作業(yè)，在條件比較好的地面分段進(jìn)行組合焊接，這一部分焊口就由垂直固定管的焊接位置變成水平固定管。其焊接方式一般由兩名焊工施焊（一上一下），先由下方焊工施焊下半部焊口，再由上方焊工完成上部半道焊口。對(duì)于排管中的平焊位置來講，基本不存在什么問題，焊接的難點(diǎn)主要在下半部分處于仰焊位置的焊口。

如下焊接時(shí)的主要難點(diǎn)有：

（1）因管與管之間互相成為障礙，無法與單根管焊接相比。

（2）對(duì)間隙的控制 焊接時(shí)，所有管子由密封板連接成為一體，先焊接的焊口因?yàn)槭湛s變形，致使后焊接的焊口間隙縮小，有的甚至沒有間隙。因此，膜式壁管排焊口的對(duì)口間隙不易控制。

（3）管與管之間的距離控制 由于管與管的間距?。ㄒ话銥?0～20mm），焊接時(shí)氬弧焊槍角度、焊絲的送絲角度變化難度增大，致使氣體保護(hù)效果差。

3.膜式壁管排的幾種焊接手法

現(xiàn)場安裝膜式壁管(如鍋爐水冷壁管、包墻管)一般采用GTAW或GTAW/SMAW的焊接方法，氬弧焊打底常用的焊接手法主要有以下幾種。

（1）立向下焊接法 從管口的9點(diǎn)和3點(diǎn)（立焊位）的位置起弧，在管口的6點(diǎn)（仰焊位）位置收弧封底（見圖1）。

圖1

立向下焊接法的優(yōu)點(diǎn)：①焊接時(shí)視線好。②符合困難位置焊口的焊接原則，在有障礙物處起弧，無障礙物處收弧封底。

缺點(diǎn)：①對(duì)口要求高，管口間隙要大，一般采用內(nèi)填絲法焊接。②焊道較薄，焊條電弧焊蓋面時(shí)容易燒穿。③焊接操作難度大，不易掌握，在焊縫的正仰焊位置容易產(chǎn)生塌陷（內(nèi)凹）缺陷。④焊道根部易產(chǎn)生夾絲頭的焊接缺陷。⑤對(duì)口間隙大，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。

（2）立向上焊接法 從管口的6點(diǎn)位置（仰焊位）起弧，3點(diǎn)和9點(diǎn)位（立焊位）收弧封底。

圖2

立向上焊接法的優(yōu)點(diǎn)：①根部成形好，仰焊位不容易產(chǎn)生塌陷（內(nèi)凹）缺陷。②對(duì)焊縫的對(duì)口間隙要求不嚴(yán)格，勞動(dòng)生產(chǎn)率高。

缺點(diǎn)：①焊接時(shí)視線差，送絲角度達(dá)不到焊接要求。②操作難度大，將熄弧點(diǎn)放在了整個(gè)焊接過程中的困難位置。

（3）兩人配合焊接法 下方人只持焊槍，上方人從管口內(nèi)部填絲，完成整個(gè)下半部分焊口的方法。

優(yōu)點(diǎn)：①根部焊縫成形好。②對(duì)下方操作人員來講，難度降低。

缺點(diǎn)：①對(duì)口間隙要求嚴(yán)格，上方焊口間隙要大于焊絲直徑。②對(duì)兩人互相配合默契的程度要求高，配合不好易產(chǎn)生氣孔缺陷。③焊接速度慢，勞動(dòng)生產(chǎn)率低。

4.幾種焊接手法所產(chǎn)生的焊接缺陷的原因和控制要點(diǎn)

（1）立向下焊接法產(chǎn)生內(nèi)凹缺陷的原因 立向下焊接法中的內(nèi)凹缺陷在水平固定排管的焊接中經(jīng)常出現(xiàn)，內(nèi)凹深度為1mm左右，長度為10～15mm左右，大部分都出現(xiàn)在焊縫5點(diǎn)到7點(diǎn)鐘的位置。產(chǎn)生的主要原因是熔化鐵水溫度過高，液態(tài)金屬在自重的作用下，下墜形成。

立向下焊接法焊接防止內(nèi)凹缺陷的控制要點(diǎn)：①焊接時(shí)應(yīng)盡量采用內(nèi)填絲法焊接。②收弧點(diǎn)應(yīng)焊過垂直中心線10mm左右（見圖3）。③對(duì)收弧處的焊縫進(jìn)行打磨削薄，以減少仰焊位高溫鐵液的停留時(shí)間。④仰焊位收弧封底時(shí)，必須要在封底后向熔池內(nèi)補(bǔ)給焊絲，進(jìn)行補(bǔ)給時(shí)要感到焊絲給到熔池根部，焊絲補(bǔ)給量要控制合適，給多了易出現(xiàn)夾絲頭，給少了根部仰焊位易產(chǎn)生內(nèi)凹缺陷。焊絲補(bǔ)給時(shí)要穩(wěn)，以免破壞焊接區(qū)的氬氣保護(hù)氛圍。⑤焊接時(shí)必須要保證氬弧焊槍與管子的角度，氬弧焊槍與焊絲的角度。氬弧焊槍和焊絲要隨管子的弧度變化而變化。⑥正確選擇焊接規(guī)范，焊接電流過大，熔化鐵水溫度過高，液態(tài)金屬在自重的作用下塌陷。焊接電流過小，仰焊位電弧停留時(shí)間過長，且鐵水無法給到熔池的根部，也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)凹缺陷。因此，應(yīng)根據(jù)管子的壁厚，合理選擇焊接電流和焊接速度。

圖3

（2）立向上焊接法產(chǎn)生未熔合缺陷的原因 立向上焊接法中的未熔合缺陷在水平固定排管的焊接中也經(jīng)常出現(xiàn)，出現(xiàn)的位置在焊縫根部的4～5點(diǎn)、7～8點(diǎn)之間，長度大約在4～5mm。產(chǎn)生的主要原因是：在長期的焊接實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)，立向上焊接法焊接的操作手法在整個(gè)焊接過程中有兩個(gè)難點(diǎn)：一是氬弧焊槍的角度變化難，在焊縫的4～5、7～8點(diǎn)是整個(gè)焊槍角度變化最困難的部位，如果在此位焊槍角度變化過小或過大，都會(huì)在此位形成未熔合（即兩弧焊縫熔合不好）；二是向熔池內(nèi)填加焊絲難，在整個(gè)焊接過程中，焊絲從焊口的側(cè)面送進(jìn)，角度達(dá)不到規(guī)定要求，同時(shí)，焊槍對(duì)焊工的視線也有一定的影響，上述兩個(gè)原因造成未熔合缺陷。

防止未熔合缺陷的控制要點(diǎn)：

正確掌握起焊時(shí)的焊槍角度：我們習(xí)慣性在起焊時(shí)焊槍和管子水平方向和垂直方向的角度成為90°，這樣有兩點(diǎn)不利：一是焊槍角度變化大，如圖4所示。

圖4

從管子的仰焊位起弧焊接時(shí)，在不影響氬氣保護(hù)效果的前提下，先讓氬弧焊槍與管口的垂線有10°～15°的傾角，這樣整個(gè)焊接過程中角度變化相對(duì)就小了；二是影響焊工的焊接視線，如圖5所示，氬弧焊槍和管子的垂線方向有10°左右的傾角，這樣既利于向熔池內(nèi)送進(jìn)焊絲，又可以使焊工更清楚的觀察到整個(gè)焊接過程。

圖5

掌握正確的焊接手法：許多焊工在操作時(shí)，氬弧焊槍隨著管子的弧度轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)采用的方法是氬弧焊槍的整體都在變化，而正確的方法是轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氬弧焊槍槍頭要有向上旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作，這樣整個(gè)焊接過程中焊槍的角度變化均勻，不會(huì)在焊口的7～8點(diǎn)、4～5點(diǎn)焊槍角度有過大的變化。

焊接過程中，保持焊槍與管子切線方向75°～80°的夾角，向熔池內(nèi)填加焊絲時(shí)，焊絲要送到熔池的上方，并且要送到熔池的根部。焊槍擺動(dòng)要均勻，送絲動(dòng)作要輕、快、準(zhǔn)，按兩慢一快的焊接原則，保證焊縫和母材間熔合良好。

（3）兩人配合焊接法 兩人配合焊接中主要出現(xiàn)的是氣孔缺陷，主要原因是兩人配合不夠默契，下方焊接人員的焊接速度和上方員的送絲速度不協(xié)調(diào)或上方人員送絲速度過大，破壞了整個(gè)氬氣保護(hù)區(qū)，致使空氣侵入焊接熔池內(nèi)產(chǎn)生氣孔缺陷。

防止氣孔缺陷的控制要點(diǎn)：①下方人員焊槍角度要及時(shí)隨著管子弧度的變化而變化。②上方送絲人員使用連續(xù)送絲的手法。

5.結(jié)語

（1）通過對(duì)上述的幾種氬弧焊打底的焊接手法進(jìn)行比較可以看出，在焊接膜式壁管排中幾種焊接手法各有利弊，因此在我們焊接時(shí)，可以根據(jù)自己的實(shí)操技能，現(xiàn)場的施工情況，選擇適合的焊接手法。

（2）通過對(duì)上述的幾種氬弧焊打底焊接手法中容易產(chǎn)生的焊接缺陷進(jìn)行原因分析，并采取對(duì)策，有效地防止了焊接缺陷的產(chǎn)生，提高了鍋爐水冷壁管、包墻管地面組合焊口的焊接質(zhì)量。（20131011）