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换热器管子与管板封口焊试验及其应用点击：1893 日期：[ 2014-04-26 22:21:26 ] |
| 换热器管子与管板封口焊试验及其应用 唐 俐 (东方锅炉(集团)股份有限公司 四川自贡 643001) 摘要:以碳钢换热管与不锈钢堆焊层的管子管板的封口焊为例,介绍了管子管板封口焊的焊接工艺制定及其产品的焊接。并通过一系列焊接工艺试验,确定采用管子内缩管板和高铬镍焊材及自动脉冲钨极氩弧焊方法,提高了管子管板的焊接质量和可靠性。 关键词:换热器;管子内缩管板;封口焊 中图分类号:ＴＱ051 5 文献标识码:Ａ 文章编号:1001-4837(2006)03-0032-03 1 概述 管子与管板的连接常采用管子外伸管板的型式,随着高参数机组在电厂使用增多,换热器管子管板的接头越来越多地采用管子内缩管板的型式。为提高管子管板焊接质量和可靠性,使之具有良好的致密性,对管子内缩管板接头型式进行了一系列工艺试验,得出适宜的焊接参数,确保良好的焊接接头。本文就试验及在产品上的应用作介绍。 2 焊接工艺和焊接设备的选择 为某电厂制造的高压加热器,由于其参数较高,管子管板的连接采用了管子内缩管板2ｍｍ,管板开2×45°坡口的连接型式(见图1)。管板为不锈钢堆焊层,换热管为碳钢,规格为φ19.05ｍｍ×2 34ｍｍ。 因低碳钢和不锈钢的导热系数、线胀系数和化学成分有较大差异(见表1,2),所以对焊接工艺和焊接材料的选择应考虑到:严格控制熔合比,避免在焊接过程中由于稀释作用导致不锈钢焊缝中出现马氏体组织,从而增大焊接接头脆性,甚至产生裂纹;减小脱碳层和渗碳层的宽度以避免接头高温持久强度下降;避免低碳钢熔合区形成高硬度的马氏体脆性层。 由于碳钢换热管的基体是铁素体加珠光体,焊接时碳元素从母材一侧通过熔合区向奥氏体焊缝迁移,结果,靠近熔合线的碳钢母材侧出现脱碳层而软化,在奥氏体焊缝侧出现增碳层而硬化,随着线能量的增加,增碳层和脱碳层的宽度也在增加。 为了获得高质量的焊接接头,选择高铬镍的ＥＲ309Ｌ-Ｓｉ,直径 φ0.8ｍｍ焊接材料(化学成分见表2),同时选择了线能量小、热输入集中的全位置自动脉冲钨极氩弧焊方法,有效地防止碳迁移及脆性层的产生,并得到具有较高抗裂性能的奥氏体加铁素体双相组织的焊缝。自动脉冲钨极氩弧焊是通过基值电流控制对母材的线能量输入,通过脉冲电流保证接头根部熔深,快速地脉冲得到窄而深的鱼鳞纹焊波,与焊条电弧焊、手工氩弧焊等焊接方法相比产生更小的稀释率,焊接质量稳定可靠,而且外观成形美观。因此,选用国外进口焊机,实现全位置自动氩弧焊封口焊的焊接。此焊接设备由机头、焊接电源和遥控板组成,包括可记录焊接程序和焊接循环的打印机。其中焊接机头所特有的气动定位装置,更好地保证了机头定位的稳定可靠;同时高精度的弧长自动跟踪功能,使焊接第二层时同样能保持钨极与工件的距离,维持电压稳定,并避免产生夹钨。机头技术参数如表3所示。 对于全位置自动钨极氩弧焊,影响焊接接头质量的因素很多。对于焊接参数,最主要就是针对材料的特性选择和合理匹配参数,如基本电流及时间、脉冲电流及时间、旋转速度、送丝速度的选择和匹配。在焊接过程中,基值电流不仅维持电弧稳定燃烧,还要与脉冲电流相配合,控制焊缝的形成和凝固,并对焊接起到一定的预热作用,确保熔池缓慢冷却从而易排出气孔,防止缺陷的产生;脉冲电流的大小和频率对焊缝的尺寸,特别是熔深起到主导作用。试验证明,高的脉冲电流和低的基值电流匹配合适,而且焊接速度、送丝速度应与脉冲电流和脉冲频率成正比才能获得足够的熔深和成型良好的焊缝。对于第一层根部的焊接,为保证根部焊缝有足够的熔敷金属,而且熔合良好,送丝速度与焊接电流、时间和脉冲频率的匹配尤为重要,一定要保证较高的送丝速度和脉冲频率。焊接参数见表4。 对管子内缩管板的封口焊接,其关键不仅要通过合理的焊接参数保证接头的焊接质量,而且还要保证焊后管口的缩口量小于0 2ｍｍ,满足管子管板液压胀接的要求。管口缩口量的控制,也是内缩式封口焊焊接的一大难点。试验发现,除了与母材匹配的焊接材料、合理的焊接参数外,选择合理的枪头角度、钨极定位的稳定可靠性、钨极与管板、管壁及焊丝的几何尺寸也很重要(见表5)。-5°的枪头角度,更好地使钨极对准管子与管板的交界处,焊接时形成的熔池更好地保证了焊缝根部熔透。焊接时钨极的对中应稍偏向管板侧,以减少熔池凝固时焊缝金属流向管子内壁而增加管口缩口量。匹配得当的几何尺寸不仅能保证焊缝根部熔合良好,而且焊缝成形美观,管口焊后缩口量也能满足液压胀管的要求。 3 试验结果 3 1 最小泄漏通径 此项要求按照ＡＳＭＥⅧ-2篇Ｆ-3章执行。共10个剖面,每个剖面测量四组数据。十组数据的平均值为:3 63,3 27,3 16,3 46,2 95,2 92,3 47,3 36,2 58,3 00ｍｍ。每组最小泄漏通径均大于管壁厚的2/3(1 56ｍｍ),满足标准要求。 3.2 金相检查 由于焊接参数选择合理,经过对焊缝和热影响区的宏观和微观检查,均未发现缺陷,组织为奥氏体加铁素体。 4 产品焊接 (1)为确保换热管缩进管板2ｍｍ的准确定位,设计了定位工装。为解决某些由于管孔坡口与图样要求有偏差而造成的在焊接后管口缩口量超差问题,设计了专用的扩口工装进行扩口,以保证液压胀接的顺利进行。为验证扩口对封口焊焊缝质量有无影响,焊接了3个缩口量较大(其平均缩口量为0 96ｍｍ)的封口焊焊缝,经过扩口后解剖了三根管子,对解剖面进行了金相检查:其焊缝及热影响区的宏、微观均未发现裂纹等缺陷。说明对管孔的扩口对封口焊焊缝没有带来不利影响。 (2)管子管板封口焊焊接前,在管子的6点钟位置采用手工钨极氩弧焊进行点焊,焊丝牌号及规格与产品焊接时所用的焊丝相同。如前所述,在碳钢换热管和不锈钢堆焊层管板的点焊时必须送丝,如果空熔就会在点焊处产生马氏体组织,容易开裂。在产品点焊时就有少数焊点因为不加焊丝空熔而裂开,这时完全磨去开裂处,并填焊丝进行点焊,解决了这一问题。 对管子管板封口焊的焊接,除了严格执行焊接工艺,调整好钨极、焊丝的几何尺寸外,管孔及管子的清洁度要求也很重要。如果管孔和管子内、外壁没有清理干净,就会在焊接过程中由于气体来不及逸出而在焊缝中产生气孔,从而影响焊接质量。 对于管口,严格按照调试好的程序进行全位置焊接,焊接后进行了抽样检查,缩口量大多控制在0 2ｍｍ以下,满足液压胀接的要求,而且其氦检漏和水压试验一次合格。该产品已在电厂投入运行,情况良好,证明所采用的焊接材料、焊接方法和工艺参数是可行的。 5 结论 (1)对碳钢换热管与不锈钢堆焊层的管子管板的封口焊,采用自动脉冲钨极氩弧焊方法及Ｃｒ24-Ｎｉ13的高铬镍焊材,可以有效地控制焊缝的稀释率,避免熔合区马氏体组织的产生,并得到具有较高抗裂性能的奥氏体加铁素体双相组织的焊缝; (2)对换热管内缩管板的连接型式,采用-5°的枪头及所选定的钨极与管板、换热管管端及焊丝的几何尺寸,能更好地保证焊缝根部熔透,并且满足液压胀对管口缩口量的要求; (3)对管子管板封口焊的焊接,应保证待焊区域的清洁度,避免焊缝中出现气孔等细小缺陷。 |
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