手工氬弧焊在凝汽器冷卻水管焊接中的應(yīng)用

郭洪寧 趙華

摘 要：為保證凝汽器不銹鋼冷卻水管的焊接質(zhì)量，管孔清洗控制是關(guān)鍵，加強(qiáng)過程監(jiān)督，做好防護(hù)防止管孔二次污染，焊前模擬試驗確定焊接參數(shù)，焊接過程中的自檢，質(zhì)檢員的質(zhì)檢，焊后的著色檢驗，環(huán)環(huán)相扣，必不可少。同時，該文對凝汽器冷卻水管焊接容易出現(xiàn)的焊接缺陷進(jìn)行了詳細(xì)的原因分析，摒棄一直慣用的自動焊而采用手工氬弧焊的方法，使用合適的焊接工藝參數(shù)、正確的焊接操作方法等以提高不銹鋼冷卻水管焊接一次合格率。

關(guān)鍵詞：手工氬弧焊 原因分析 替代自動焊 質(zhì)量控制

中圖分類號：TG4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0082-02

凝汽器在汽水流程過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其作用在于持續(xù)循環(huán)的低溫循環(huán)冷卻水將經(jīng)過汽輪機(jī)的蒸汽冷卻為凝結(jié)水。印度塔爾萬迪4×660MW機(jī)組所采用的凝汽器型號為N-44000型，冷卻面積44000 ㎡，冷卻水設(shè)計進(jìn)口溫度35.4℃，冷卻水設(shè)計壓力0.4，Mpa，冷卻水介質(zhì)為淡水，冷卻水管材質(zhì)為TP304不銹鋼，規(guī)格為φ25×0.7，mm，單臺機(jī)組冷卻水管數(shù)量多，現(xiàn)場焊接任務(wù)較重。由于不銹鋼敏感的焊接特性，在焊接過程中焊縫極易出現(xiàn)氧化、裂紋、氣孔等缺陷，綜合考慮印度的施工環(huán)境，考慮到全位置管板自動焊接技術(shù)在電廠凝汽器冷卻水管焊接上的應(yīng)用尚處于起步階段，且自動焊接對脹管、切管、管子清潔度等焊接條件要求較嚴(yán)格，而手工氬弧焊對焊接條件要求較低。且自動焊接雖然降低了焊接人員的勞動強(qiáng)度，但無法從總體上縮短工期。而且自動焊接設(shè)備購置費(fèi)、維修及租賃費(fèi)較高，增加了施工成本。

綜合以上因素，針對以不銹鋼焊接容易出現(xiàn)的焊接缺陷，進(jìn)行了詳細(xì)分析，摒棄一直慣用的自動焊而采用手工氬弧焊的方法，通過分析尋找最佳的焊接工藝參數(shù)、正確的焊接操作方法等以提高焊接一次合格率。

1 焊接性分析

1.1 TP304的材料特點及焊接性

TP304的材料特點：TP304為ASME 標(biāo)準(zhǔn)材料，相當(dāng)于國內(nèi)的1Cr18Ni8奧氏體不銹鋼，耐熱鋼，具有良好的彎管、焊接工藝性能，耐腐蝕性，高的持久強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性，冷變形能力非常好。使用溫度最高可達(dá)650℃，抗氧化溫度最高可達(dá)850℃。這些特點是由于其物理化學(xué)性能決定的。其焊接性能好，在任何溫度下都不會發(fā)生相變，對氫脆不敏感，在焊態(tài)下奧氏體不銹鋼接頭也有較好的塑性和韌性。焊接的主要問題是：焊接熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕等。此外，因?qū)嵝阅懿?，線脹系數(shù)大，焊接應(yīng)力和變形較大。

1.2 冷卻水管焊縫主要缺陷及產(chǎn)生機(jī)理

氧化：氬氣用于保護(hù)焊縫金屬和鎢電極熔池，在電弧加熱區(qū)域不被空氣氧化。在焊接操作中，經(jīng)常會遇到氬氣不純或操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦谠斐商幱诟邷貭顟B(tài)下的金屬不受保護(hù)作用，造成金屬與氧結(jié)合形成氧化物，形成焊接氧化，造成焊縫強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性明顯下降。

氣孔：冷卻水管焊接時，氣孔是經(jīng)常碰到的一個主要問題。焊接電流過大、脹管不嚴(yán)、焊接操作不當(dāng)或者焊接面清理不干凈等都會造成焊接氣孔的產(chǎn)生，從而造成應(yīng)力集中、焊接接頭塑性及疲勞強(qiáng)度降低，壽命降低。

焊瘤、未融合：產(chǎn)生原因主要是不銹鋼冷卻水管脹管不嚴(yán)等造成焊接時融化的材料無法和管板熔接到一起，就產(chǎn)生了焊瘤和未融合。

冷裂紋：TP304屬于奧氏體耐熱鋼，具有良好的焊接性，不易產(chǎn)生冷裂紋，但與普通低合金鋼相比，形成熱裂紋的傾向較大。如果焊接材料或焊接工藝不當(dāng)則容易造成熱裂紋及熱影響區(qū)晶間腐蝕等缺陷。奧氏體鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小，只有低碳鋼的約1/3，在焊接局部加熱條件下，溫度梯度比較大；而且奧氏體鋼的線膨脹系數(shù)大，約為低碳鋼的1.5倍，在焊接加熱和冷卻過程中，容易產(chǎn)生較大的應(yīng)力。在多層焊道中間或母材熱影響區(qū)的固相線溫度附近，由于晶界析出物或偏析物液化，在焊接熱應(yīng)力的作用下，容易產(chǎn)生沿晶間開裂的裂紋。

1.3 防止產(chǎn)生氣孔的工藝措施主要

（1）在高純度的氬氣保護(hù)下進(jìn)行焊接，氬氣純度不應(yīng)低于99.99%。

（2）徹底清除冷卻水管、管板和管板表面上的氧化皮油污等有機(jī)物。可以用化學(xué)和機(jī)械方法清洗。

（3）防風(fēng)措施嚴(yán)格，無穿堂風(fēng)等。

（4）選用合適的焊接線能量參數(shù)，焊接速度不能過快，電弧不能過長，正確掌握起弧、息弧等操作要領(lǐng)。

2 焊接工藝

2.1 施工工藝流程

2.1.1 焊前準(zhǔn)備

（1）穿管前：必須使用濃度大于99.9%的酒精或丙酮擦洗凝汽器板及穿管孔，保證工作面的清潔度，擦拭完畢后使用紙張或者塑料薄膜等進(jìn)行遮擋，防止造成二次污染。

（2）穿管：穿管時應(yīng)在兩端管板處設(shè)專人，使不銹鋼冷卻水管對準(zhǔn)管孔，避免沖撞。同時每根冷卻水管必須進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)管子表面無裂紋、砂眼、凹陷、毛刺、油污等缺陷，管口應(yīng)無毛邊，穿管受阻時不能強(qiáng)力猛擊，應(yīng)使用導(dǎo)向器導(dǎo)入。

（3）切管前的清洗：必須在切管前反復(fù)清洗，通過反復(fù)將管前后推拉，將板和管之間的油漬全部帶出，清理干凈。

（4）切管：采用專用的切管工具，嚴(yán)禁使用其他工具進(jìn)行切割或磨削；預(yù)留長度在0～0.5 mm，以便焊接。

（5）脹管前的清洗：主要清洗切管時帶來的污漬和金屬粉末等。

（6）脹管：管子脹接程序應(yīng)根據(jù)管束分組情況妥善安排，不得因脹接程序不合理造成管板變形，穿脹工作現(xiàn)場必須采取專門的遮蔽措施，嚴(yán)防灰塵，擴(kuò)管機(jī)具必須徹底清洗，每擴(kuò)管1～3根后用酒精清洗一次，擴(kuò)管應(yīng)用酒精做清洗劑，冷卻水管在正式擴(kuò)脹前應(yīng)進(jìn)行試脹，管口應(yīng)無過脹、欠脹等不良缺陷發(fā)生。

2.1.2 焊機(jī)調(diào)試

2.1.3 搭設(shè)焊接作業(yè)棚

（1）在管板焊接前，所有已經(jīng)脹管完成的板面，沒有來得及焊接都必須使用塑料薄模進(jìn)行鋪蓋，避免灰塵污染焊接面，影響焊接質(zhì)量。

（2）焊接棚搭設(shè)主要是避免在焊接過程中，外界灰塵污染；管板焊機(jī)需要懸掛，減少作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率，保證焊接質(zhì)量。

（3）搭設(shè)要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，有利于焊接、有利于保護(hù)、有利于安全，要考慮防火措施和安全通道等。

2.1.4 焊接

（1）為防止因焊接順序不當(dāng)造成焊接局部溫度過高或者引起局部變形，焊接可采用對稱跳焊的方法，以減少焊接應(yīng)力。一般采用“之”字形跳焊法。（見圖2）。

（2）推薦焊接參數(shù)。

焊接電流：70～85A

焊接速度：2.0轉(zhuǎn)/min

氬氣噴嘴流量：5～6 L/min

（3）焊接過程中應(yīng)選擇合適的起弧及收弧位置。

（4）焊接時應(yīng)采用噴嘴尺寸較大的焊槍，以擴(kuò)大氣體保護(hù)區(qū)面積，確保焊接時熔池始終處在氬氣保護(hù)下。

2.1.5 自檢

由于此類管口數(shù)量十分多，產(chǎn)生焊接缺陷在所難免，必須對焊口進(jìn)行100%自檢，對每個缺陷都必須進(jìn)行處理。

2.1.6 委托檢驗

焊接和自檢完成后，由焊接工程師委托進(jìn)行著色檢測。根據(jù)檢驗結(jié)果，對有缺陷的焊縫進(jìn)行處理，并再次檢驗，直至合格，必要時，可更換管子。

2.1.7 整理焊接資料

焊接工程師根據(jù)施工情況，對焊接資料進(jìn)行整理，歸檔。

2.2 手工鎢極氬弧焊操作要領(lǐng)

（1）焊接時，焊接方向一般由右向左焊接，焊槍以一定速度前移，禁止跳動，盡量不作擺動，焊槍與焊件的傾角一般為70～85°左右。當(dāng)需要擺動時，擺動頻率要低，擺動幅度也不宜太大，以防止影響氬氣的保護(hù)。

（2）為了防止焊縫氧化保證氬氣保護(hù)效果，收弧后不能立即移開焊槍，應(yīng)該待焊縫及熱影響區(qū)金屬冷卻到350℃以下時方可移開焊槍。

（3）焊接過程中，焊接電弧盡量壓低，以保證較好的氣體保護(hù)。

3 質(zhì)量驗收

3.1 焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程要求

（1）焊接質(zhì)量的檢驗工作實行焊工自檢和專業(yè)檢驗相結(jié)合的辦法。

（2）焊接接頭的檢驗方法分外觀檢查和著色檢查。

（3）焊縫外觀檢查合格后，再進(jìn)行著色檢查。

（4）翻修后的焊縫必須重新進(jìn)行外觀檢查和著色檢查，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后方為合格。

（5）焊縫外表美觀：焊波均勻成魚鱗狀，焊縫寬展一致，無表面缺陷，焊縫表面呈銀白色。

（6）焊縫著色檢查一次合格率不低于99%。

（7）焊縫參與凝汽器灌水密封試驗無滲漏。

3.2 質(zhì)量保證措施

（1）凝汽器不銹鋼管在穿管、切管、脹管時，一定要保證焊口表面的清潔度，去除所有油漬。

（2）在焊接過程中，采取相關(guān)措施保持工作環(huán)境清潔。

（3）在焊接時，背面的管子不能同時進(jìn)行切管、脹管、清洗等工作，兩面焊接不得在同根管子同時焊接。

（4）焊完后進(jìn)行自檢，有缺陷進(jìn)行明顯的標(biāo)記，嚴(yán)禁使用油性筆標(biāo)示。

（5）焊接時工件及焊材上的油污等雜質(zhì)能使焊縫增碳，從而容易形成裂紋缺陷。管板在出廠前一般都涂油防銹，因此在穿管前必須對所有管板和管子進(jìn)行認(rèn)真的清理，所有隔板必須使用丙酮清洗掉油脂與油污，管孔內(nèi)不允許有鐵銹油污，更不允許有縱向溝槽，為保證脹管質(zhì)量管孔應(yīng)清理出金屬光澤。穿管與脹管結(jié)束后，在施焊前應(yīng)對冷卻水管進(jìn)行更徹底的清潔，具體方法是使用角向磨光機(jī)、砂紙、銼刀等清冷卻水管頂端的細(xì)小毛刺，然后使用丙酮對冷卻水管內(nèi)部10 mm長度范圍內(nèi)進(jìn)行清洗以徹底去除氧化物、鐵屑、灰塵等雜物。

3.3 安全文明施工要求

（1）焊接均應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的安全管理辦法和安全操作規(guī)程。

（2）嚴(yán)禁擅自移動或拆除安全設(shè)施和標(biāo)識。

（3）施工現(xiàn)場應(yīng)有足夠的夜間照明和消防設(shè)施。

（4）焊接應(yīng)擺設(shè)合理、整齊，必須掛好操作規(guī)程，電氣外殼必須可靠接地。施工用的輔助氣體氣瓶、電源線、電焊皮線應(yīng)擺設(shè)合理。

（5）焊接的焊絲頭及清洗焊口的酒精、擦布應(yīng)及時回收。做到“工完，料盡，場地清”。

4 結(jié)語

該文通過對手工氬弧焊冷卻水管焊接特性和缺陷產(chǎn)生的原因與規(guī)律的分析，總結(jié)了具有針對性的質(zhì)量保證措施，使冷卻水管的焊接生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益大有提高，對其他火電機(jī)組凝汽器冷卻水管的焊接具有一定的借鑒意義。

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