管排鏡面焊焊接技術(shù)的模擬應(yīng)用

華能淮陰電廠 李京澤

由于大容量、高參數(shù)的超超臨界火電機(jī)組鍋爐的組件管排數(shù)量大，節(jié)距較小，為機(jī)組管道的安裝和檢修帶來技術(shù)上的高要求，主要集中體現(xiàn)在某些焊接位置無法用肉眼直接觀察到。為了獲得高質(zhì)量的焊縫，在這些部件的焊接過程中必須采取特殊的焊接工藝，這就需要鏡面焊來完成。所謂鏡面焊就是在肉眼無法觀察到的焊口位置附近放置一面鏡子，利用鏡子的反射成像原理觀察鏡子內(nèi)的熔池來進(jìn)行焊接，即利用鏡子的反射原理進(jìn)行焊接來完成焊口焊接的一種操作方法。需要用到鏡面焊的位置包括鍋爐爐膛內(nèi)再熱器、省煤器、過熱器的密集管排，空間位置受限的承壓管道等。

1 鏡面焊的模擬與試驗

1.1 焊接設(shè)施及工器具

模擬操作架的制作。為了更準(zhǔn)確的模擬現(xiàn)場困難位置的焊接，參照現(xiàn)場管道困難位置的實際情況制作了密集管排模擬焊接架（圖2）。選用具備高頻引弧和電流衰減功能的直流逆變焊機(jī)，電弧燃燒穩(wěn)定，以確保模擬焊接過程的順利和獲得高質(zhì)量的焊縫。鏡面焊用氬弧焊槍應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場困難位置的具體情況選用可以360°改變焊槍角度的撓性氬弧焊槍，且瓷導(dǎo)嘴根據(jù)管子間距大小可選用不同規(guī)格的，使得焊接作業(yè)能夠順利完成。

圖1 鏡面焊示意圖

圖2 密集管排模擬焊接架

專用不銹鋼反射鏡。在鏡面焊所用鏡片的選擇方面，考慮到玻璃鏡片易碎，所以選擇了不銹鋼鏡面板，并在其尾部有一塊強(qiáng)磁場吸附件，主要起固定鏡架的作用，頭部是一塊不銹鋼雙面鏡板，厚度為1mm 左右，中間是一根撓性金屬軟管，連接尾部和頭部，其中在與頭部連接時采用萬向節(jié)，可以360°旋轉(zhuǎn)鏡子，在實際焊接過程中觀察熔池和成像較為清晰，方便焊工操作。

圖3 焊槍的選用

圖4 專用不銹鋼反射鏡

1.2 鏡面焊的模擬操作

考慮鏡面焊模擬操作的難度，選擇現(xiàn)場焊接工作五年以上，氬弧焊技術(shù)過硬且經(jīng)驗豐富的焊工來進(jìn)行操作。根據(jù)經(jīng)驗?zāi)M操作的過程共分為二個階段。

1.2.1 第一階段

第一階段主要是要解決鏡面焊接過程中通過鏡子觀察熔池和反向加絲的問題，也就是解決適應(yīng)反向操作的問題，此階段的操作約用了兩周時間，參與模擬操作的焊工基本掌握鏡面焊的技術(shù)要領(lǐng)。剛開始先掌握鏡子、焊槍、焊絲的擺放位置和通過鏡子的反射用肉眼觀察焊縫，最初的操作中，有時不是焊絲粘在焊縫上就是鎢棒粘在上面，而且在焊接過程中鎢極和焊絲經(jīng)常會打架，這些都是在剛開始遇到和解決的問題。

第一階段使用小直徑（φ42×6）的碳鋼管子，采用焊絲是TIG-J50、φ2.5mm，剛開始練習(xí)時大家比較習(xí)慣和順的右手操作，鏡面焊位置是比較容易的4點到2點位置。在這階段練習(xí)中，逐步的適應(yīng)焊接程序的改變，掌握焊接機(jī)巧，成型明顯好轉(zhuǎn)。在經(jīng)過一段時間的練習(xí)后，焊縫的表面已達(dá)到焊接規(guī)程要求的合格標(biāo)準(zhǔn)，挑選了9只焊口對其內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行了一次檢驗，經(jīng)射線和斷口檢驗評定，檢查焊縫中存在的較多缺陷。拍片情況：九只焊口經(jīng)射線探傷檢驗的結(jié)果是五道為Ⅲ級片，四只Ⅳ級片；斷口情況：存在少量氣孔、縮孔、內(nèi)咬邊、焊瘤、夾鎢等。

圖5 斷口情況

1.2.2 第二階段

經(jīng)過第一階段的模擬操作已基本掌握較容易位置的鏡面焊接，第二階段的模擬實驗主要換成薄壁、管徑較大、規(guī)格為φ60×4的管子，薄壁管焊接難度由此增大，鏡面焊位置一不小心就會燒穿，而且成型不易控制；管徑增大，管間距就相對減小，焊槍的空間減小，焊槍擺動困難，因此較上個規(guī)格的管子難度加大了。而且這個階段在已經(jīng)適應(yīng)鏡面觀察焊縫的習(xí)慣，所以不但要進(jìn)行全方位的焊接，而且要從比較熟練右手進(jìn)行焊接改成左右雙手焊接，鏡面焊焊接的位置在6點到9點和6點到3點之間；采用內(nèi)外加絲的焊接操作以及打底層與蓋面層焊接操作要領(lǐng)；該位置的焊接較前一階段的鏡面焊位置難度增大且掌握時間較長，須進(jìn)行反復(fù)高強(qiáng)度的練習(xí)以完全掌握鏡面焊的技巧。

在經(jīng)過第二階段的模擬練習(xí)后，焊工已掌握了小徑管全位置鏡面焊的操作要領(lǐng)，焊縫的表面成型美觀，焊道均勻，無明顯表面缺陷。再次挑選了8只焊口對其內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢驗，經(jīng)射線和斷口檢驗評定內(nèi)部質(zhì)量合格。拍片情況：8只焊口經(jīng)射線探傷檢驗的結(jié)果均合格，其中有4只焊口被評定為Ⅰ級焊縫。

2 鏡面焊的技藝難點和重要技術(shù)環(huán)節(jié)

技藝難點。鏡面焊時在習(xí)慣性的影響下會出現(xiàn)正常的送絲在鏡面反射情況下送入到鏡面板的現(xiàn)象，會導(dǎo)致焊絲送不到位或漂浮于坡口外側(cè)，影響正常焊接。鏡面焊時由于弧光反射非常強(qiáng)烈，易造成鎢極與焊絲發(fā)生碰撞而引起電弧不穩(wěn)定，從而會使缺陷產(chǎn)生。由于鏡面板反射的圖像立體感不強(qiáng)且電弧光強(qiáng)烈刺眼，對于操作人員控制熔池的難度加大，會造成焊縫外觀的高低和寬窄差變化較大，影響焊縫的美觀度。鏡面焊使用的必須可以360°改變焊接角度的撓性氬弧焊槍，在特殊的間距特困難位置時須選用特制的短槍和瓷導(dǎo)嘴，以滿足現(xiàn)場焊接質(zhì)量的要求。

重要技術(shù)環(huán)節(jié)。氬弧焊打底必須采用內(nèi)加絲法焊接，便于從間隙和鏡面觀察熔池成型，控制焊縫質(zhì)量。鏡面焊接填充層時應(yīng)以兩側(cè)坡口線為基準(zhǔn)線，控制熔池的大小，為下一層鏡面焊道創(chuàng)造清晰的基準(zhǔn)線，降低在鏡面焊時的焊工操作難度。鏡面的固定位置要便于肉眼通過鏡子的反射觀察焊縫的熔池狀況。要不影響氬弧焊焊槍的位置擺放和焊接過程中焊槍的行走和擺動。鏡面焊時氬弧焊槍彎曲角度和操作角度應(yīng)根據(jù)焊接速度做必要的調(diào)整，以免發(fā)生熔池控制不到位或移動過慢導(dǎo)致熔池溫度過高產(chǎn)生焊瘤和氣孔等缺陷。

3 結(jié)語

在現(xiàn)場檢修過程中，密集管排存在肉眼無法看到的困難位置焊口，可采用鏡面焊的方法進(jìn)行焊接來解決這一難題。鏡面焊有一套嚴(yán)格的操作流程和方法，完成鏡面焊要選擇技術(shù)達(dá)標(biāo)、經(jīng)驗豐富的焊工來進(jìn)行操作，并經(jīng)過不少于一月的嚴(yán)格訓(xùn)練，以掌握鏡面焊全部技術(shù)要領(lǐng)，并經(jīng)過射線和斷口檢查，焊縫內(nèi)部質(zhì)量得到保證。鏡面焊中控制層間溫度和線能量的輸入是關(guān)鍵，操作焊工適應(yīng)鏡中成像的反向操作是實現(xiàn)鏡面焊的基本條件。為了降低鏡面焊接的難度，保證質(zhì)量，鏡面焊焊口往往只能按照先后工序順序的焊接，完成的焊口數(shù)量也是有限的，因此它的效率必然有所降低。