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      厚壁不銹鋼焊管全位置焊接

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      厚壁不銹鋼焊管全位置焊接

      發布日期:2016-07-16 16:03 來源:http://www.oceanacounty.net 點擊:

      隨著焊接技術的進步,焊接結構日益向高參數、大型化方向發展,這就對焊接結構用鋼的性能提出了越來越高的要求,不僅要有良好的綜合力學性能,而且要有良好的加工工藝性能。對于特殊條件下應用的鋼材,還要求具有相應的特殊性能,如耐腐蝕、耐高溫、耐低溫等。因此原來的碳素結構鋼已遠不能滿足要求,這就進一步促使合金結構鋼獲得了迅速發展及廣泛應用。焊接性的好壞是評價鋼材使用性能的主要指標之一。

      隨著電力工業的迅速發展,大容量的高溫高壓機組不斷涌現,逐步淘汰了中溫中壓機組,大機組已成為中國火力發電的主力機組。為了進一步提高機組效率、降低煤耗、保護環境、減少CO2的排放還有必要提高蒸汽參數。提高鍋爐蒸汽溫度和壓力參數是提高火力發電廠效率最有效的方法之一,特別是溫度對效率的影響更為顯著。 增大蒸汽壓力要求使用高溫強度更高的鋼材,否則必然使構件的壁厚不銹鋼焊管成倍地增大。增加蒸汽溫度則必然要求鋼材能在更高的溫度下保持高的強度。可見電力技術的發展在很大程度上依賴于材料技術的發展水平。順應這一要求,一系列適用于高溫高壓蒸汽參數的鐵素體熱強鋼和奧氏體耐熱不銹鋼,如T91/P91,T92/P92,T122/P122,TP304H,T23/P23等在現代的冶煉、軋制、熱處理和計算機控制技術基礎上產生,它們將是我國今后新建大容量亞臨界機組和超臨界機組時首選的材料。         

      下面對火力發電廠常用的奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的厚壁不銹鋼焊管全位置焊進行分析。         

      焊接性分析

      Cr18Ni9Ti 不銹鋼Ф133mm×11mm 大管水平固定全位置對接接頭,焊接難度較高,對焊接接頭質量要求很高,內表面要求成形良好,凸起適中,不內凹,焊后要求PT、RT檢驗。        

      Cr18Ni9Ti 不銹鋼熱膨脹率、導電率均與碳鋼及低合金鋼差別較大,且熔池流動性差,成形較差,特別在全位置焊接時更突出。        

      焊接方法及焊前準備

      焊接方法

      材質為1Cr18Ni9Ti,管件規格為Ф133mm×11 mm,采用手工鎢極氬弧焊打底的厚壁不銹鋼焊管,CO2氣體保護焊填充及蓋面焊,立向上的水平固定全位置焊接。

      焊前準備

      清理油、污物,將坡口面及周圍10 mm內修磨出金屬光澤。

      檢查水、電、氣路是否暢通,設備及附件應狀態良好。

      按尺寸進行裝配,定位焊采用肋板固定,也可采用坡口內定位焊,但必須注意定位焊質量。        

      TIG焊工藝

      焊接參數

      采用Ф2.5 mm的Wce-20鎢極,鎢極伸出長度4~6 mm,不預熱,噴嘴直徑Ф12 mm,選用TCS-308L直徑Ф2.5mm的焊絲,焊接電流80~90A,電弧電壓12~14V,氬氣流量9~12L/min,Ar純度99.99% 。

      操作方法

      管子對接水平固定焊縫是全位置焊接。因此焊接難度較大,為防止仰焊內部焊縫內凹,打底層采用仰焊部位內填絲,立、平焊部位外填絲法進行施焊。

      引弧前應先在管內充氬氣將管內空氣置換干凈后再進行焊接,焊接過程中焊絲不能與鎢極接觸或直接深入電弧的弧柱區,否則造成焊縫夾鎢和破壞電弧穩定,焊絲端部不得抽離保護區,以避免氧化,影響質量。

      無論什么位置的焊接,鎢極都要垂直于管子的軸心,這樣能更好地控制熔池的大小,而且可使噴嘴均勻地保護熔池不被氧化。

      焊接時鎢極端部離焊件距離2 mm左右,焊絲要順著坡口沿著管子的切點送到熔池的前端,利用熔池的高溫將焊絲熔化。電弧引燃后,在坡口一端預熱,待金屬熔化后立即送第一滴焊絲熔化金屬,然后電弧擺到坡口另一端,給送第二滴焊絲熔化金屬,使二滴鐵水連接形成焊縫的根基,然后電弧作橫向擺動,兩邊稍作停留,焊絲均勻地、斷續地送進熔池向前施焊。 

      在填絲過程中切勿擾亂氬氣氣流,停弧時注意氬氣保護熔池,防止焊縫氧化。焊后半圈時,電弧熔化前半圈仰焊部位,待出現熔孔時給送焊絲,前兩滴可以多給點焊絲,避免接頭內凹,過后按正常焊接。

      收尾處打磨成斜坡狀,焊至斜坡時,暫停給絲,用電弧把斜坡處熔化成熔孔,最后收口。注意焊到后半圈剩一小半時應減小內部保護氣體流量到3 L/min,以防止氣壓過大而使厚壁不銹鋼焊管的焊縫內凹。

      常見缺陷的產生原因及預防

      未焊透:焊接電流小,根部間隙小,焊接速度過快、焊槍角度不正常等均易產生未焊透的缺陷。根部間隙一定不能小于3.5 mm,合適的焊接電流和正確調整焊槍角度就可避免厚壁不銹鋼焊管焊縫產生未焊透。

      氧化嚴重:打底焊時,管內充氬裝置未能起到良好的保護作用,焊縫背面將氧化;焊接過程中對熔池及焊絲端頭保護不良,或焊絲表面有氧化雜質也將會氧化嚴重。充氬裝置盡可能與管子對嚴,不能留有間隙,管子的間隙用耐高溫錫油紙貼上,避免焊縫氧化。

      夾渣、夾鎢:焊接過程中,若焊絲端頭在高溫過程中脫離了氬氣保護區,在空氣中被氧化,當再次焊接時被氧化的焊絲端頭未清理,又送入熔池中,在斷口試驗中判為夾渣;若鎢極長度伸出量過大,焊槍動作不穩定,鎢極與焊絲或鎢極與熔池相碰后,又未終止焊接,從而造成夾鎢。因管子是圓的,焊槍、送絲角度要隨時變化,所以手法一定要穩、準,就能避免夾渣、夾鎢的現象。

      內凹:裝配間隙小,焊接過程中焊槍擺動幅度大,致使電弧熱量不能集中于根部,產生了背面焊縫低于試件表面的內凹現象。電弧熱量盡量集中于根部,仰焊部位多給點焊絲可避免內凹。

      CO2氣體保護焊焊接工藝 

      操作方法

      焊前注意噴嘴,導電嘴是否清理干凈,氣體流量的大小是否合適,清理打底層表面,控制層間溫度。

      因填充、蓋面層用CO2氣體保護焊,焊絲伸出長度的長短對焊接過程的穩定性影響較大,焊絲伸出長度越長,焊絲電阻值增大,焊絲過熱而成段熔化,結果焊接過程不穩定,金屬飛濺嚴重,焊縫成形不良,對熔池的保護不好;焊絲伸出長度過短,則焊接電流增大,噴嘴與工件的距離縮短,焊接視線不清,焊道成形不良,同時若焊絲伸出長度過短,還會使噴嘴過熱,造成飛濺物粘住或堵塞噴嘴,從而影響氣體流量。

      焊接時,焊槍角度要跟管子軸線垂直,因為管子是圓的,所以焊槍角度要隨時變化,這樣才能保證焊縫質量,避免厚壁不銹鋼焊管的焊縫產生氣孔、夾渣等現象。焊接時采用小月牙形擺動,兩側稍作停留穩弧,中間速度稍快,這樣可以避免焊出的焊縫凸起、不平整;上、下接頭都要越過中心線5~10 mm,后半圈填充、蓋面仰焊接頭時,可把前半圈引弧焊接位置磨一個緩坡,使后半圈接頭時不致于產生缺陷;填充時,要注意坡口邊緣不要被電弧擦傷,以備蓋面層焊接。蓋面時,應在坡口邊緣稍作停頓,以保證熔池與坡口更好地熔合,焊接過程中,焊槍的擺動幅度和頻率要相適應,以保證蓋面層焊縫表面尺寸和邊緣熔合整齊      

      電站用厚壁不銹鋼焊管的開發需要很長的周期, 國內外實踐證明12Cr1MoV、2.25Cr-Mo、TP304、TP347等鋼工藝性能良好、運行可靠。但為了提高蒸汽溫度和壓力,20世紀60年代以后各國紛紛致力于開發使用溫度高于580℃低于650℃的鋼種。可以說T91/P91鋼的開發成功是電站用鋼領域內近30年努力的突破。我國于1987年開始引進使用這種鋼,10多年來已有一些單位基本掌握了T91/P91鋼的焊接工藝,同時也開展了T91與鋼102、12Cr1MoV、TP304鋼異種鋼焊接的研究工作。用T91更換鋼102制成的過熱器和高溫再熱器運行的可靠度明顯提高。用P91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地減小。壁厚的減小降低了構件的重量,減小了結構應力和熱應力,也減小了制造成本和施工難度。        

      T91/P91、T92/P92、P23/T23、T122/P122都是屬調質狀態下使用的回火馬氏體鋼,又都是在相同的思路下研制開發的,它們具有相似的基本特點。新鋼種由于降低了碳和雜質元素的含量,對焊接裂紋的敏感性都明顯降低。由于采用這類鋼后,可成倍減小構件壁厚,焊接獲得完整無裂紋的接頭的難度比鋼102、T9、X20等也大為降低。盡管如此,接頭性能的明顯劣化卻是焊接這類鋼的主要困難。

      由這類鋼的基本特點可以設想:

      焊縫由于熔敷金屬沒有控軋和形變熱處理的機會,晶粒不可能由此獲得細化,又由于熔敷金屬中的Nb、V在凝固冷卻過程中難以呈微細的C、N化合物析出,焊縫的韌性會遠不如母材。

      供貨狀態優良的母材性能受到焊接的高溫循環,母材HAZ性能必會明顯劣化。

      這種劣化的程度隨焊接熱輸入的增大而加劇。對T91/P91鋼焊接的實踐已經證明了這些設想。


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