高壓加熱器管子管板自動脈沖氬弧焊的應用

邵元祥

(哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046)

0 引言

高壓加熱器簡稱“高加”，是表面式給水加熱器，其工作原理是利用汽輪機的抽汽(高溫、高壓)加熱鍋爐給水，從而提高鍋爐的效率。然而，高加換熱的效率是由高加自身結構決定的，所以，為了發揮高加的真實作用，本文針對高加結構展開分析。

1 高壓加熱器中的管子－管板結構形式

高加主要由水室、管系、外殼組成，其中管系主要由換熱管、管板通過焊接構成。目前，高加換熱管(U形管)常用材質為SA556－C2、規格φ15.88×(2.0～2.3)，管板材質為 20MnMo，Ⅳ級鍛件，堆焊材質為DT4A超低碳鋼。管子－管板的結構形式如圖1所示。

2 焊前準備及裝配定位

圖1 內縮式管子－管板的結構形式

焊前將換熱管管端、管板孔及管板表面的油、銹等污物清理干凈并用丙酮擦洗，換熱管端部清理的長度應不小于150 mm;管板清理后，用電加熱片將管板加熱至40～45℃，加熱一直持續到焊接結束，以防止管孔及焊接部位結露生銹。然后，使用專用工具進行裝配管子與管板，以保證管子的內縮距離。采用手工氬弧焊的方法點焊定位，點焊時一定要保證焊點根部完全熔透。

3 管子－管板自動脈沖氬弧焊的焊接工藝

高加管子－管板焊口分布比較密集，數量較多(300 MW高加每臺約2 500個，600 MW高加每臺5 000多個)，焊接工作量較大。管壁相對較薄，而且焊接為全位置焊接(5G+5F)，焊接過程存在上坡和下坡階段，采用傳統的手工氬弧焊很難控制焊道成型，焊后焊縫厚度和寬度不均勻，管壁內側局部存在焊瘤，工人勞動強度大、生產效率較低。因此，提出采用自動脈沖氬弧焊，這樣不但能提高焊接效率，而且焊縫成型容易控制，焊縫比較均勻、美觀，內部質量可靠。

焊接材料根據母材的特性，選擇了ER50－6焊絲(φ0.8 mm)。鎢極采用 WCe(φ2.4 mm)。焊接設備采用法國POLYSOUDE電源+PS2000機頭。焊接工藝參數如表1所示。焊接過程自動程序化，焊接按順時針轉動。

表1 自動脈沖氬弧焊工藝參數

4 焊接要點及控制措施

4.1 鎢極形狀

鎢極的尖端形狀對焊接電弧狀態、焊縫的熔深、焊縫成型、鎢極的燒損情況有很大影響。所以，保持鎢極尖端的形狀對于保證焊縫質量十分重要。焊前鎢極尖端應打磨成如圖2所示的形狀尺寸。焊接時，若特殊情況鎢極燒損或粘上飛濺應立即更換，這樣才能保證焊縫成型。

4.2 機頭定位裝置的調整

焊接過程中為保證鎢極能夠按固定的軌跡沿管子歸圓旋轉，以及旋轉過程中鎢極與管子端部的高度保持一致，需要對機頭進行很好的定位。若定位不好，則鎢極按非圓形軌跡旋轉，焊后焊道是非圓形，母材熔合不好，焊縫不符合要求。

圖2 合適的鎢極尖端形狀

機頭定位分2部分進行控制:其一，通過芯軸、芯套組件插入管子端部，芯套彈性脹大與管子內壁緊密貼合，達到固定的作用，保證機頭旋轉軌跡歸圓。若芯套過小，則脹大后貼合不緊或貼合不上，起不到固定作用。若芯套過大，則往管子端部插進和拔出時阻力很大，給操作帶來很大困難。因此，焊接前要根據管子的內徑尺寸選擇合適的芯套與管子配試，既要保證芯套與管子能夠脹緊，又要保證插拔順利。其二，調整機頭上3個定位爪的高度，使之保持一致，保證機頭旋轉過程中鎢極高度保持不變。鎢極與水平線有5°夾角，若3個定位爪高度不同，則鎢極在旋轉過程中與水平線角度將實時變化，進而影響焊縫成型。因此，焊接前要使用游標卡尺精確測量并調整3個爪的高度，使之保持一致。

4.3 鎢極與管板、管子的位置

鎢極與管板、管子的相對位置也是影響焊縫成型的關鍵因素。如果鎢極與管板、管子距離較小，鎢極容易燒損、粘連，焊道較窄，母材邊緣就熔合不到位。若距離過大，則焊接電弧變長，焊縫變寬，管子內壁容易產生焊瘤，管橋燒損過大，相鄰兩焊縫產生搭接重合，焊縫成型不好。鎢極、管板、管子間合理的位置如圖3所示。

圖3 鎢極與管子、管板位置示意圖

5 焊后檢驗

對管子－管板產品焊口及50個試樣焊縫表面做PT檢測，均達到了JB/T4730－2005Ⅰ級合格標準。3個試樣(管壁厚度2.1 mm)斷面宏觀檢測:共檢查6個焊縫截面，沒有發現氣孔、未溶合、根部未熔透等缺陷;測量焊縫厚度分別為1.72 mm、1.68 mm、1.64 mm、1.76 mm、1.68 mm、1.74 mm，均達到合格指標(合格標準不小于1.4mm)。產品焊后做氣密性試驗及水壓試驗均沒有發現泄露。

目前已出產的300余臺高壓加熱器，現場運行良好，管端焊縫質量可靠。

6 結論

通過上述分析和數據統計表明，自動脈沖氬弧焊是高壓加熱器管子－管板焊接較為理想的選擇。只要采用合理的焊接工藝，做好焊前清理及設備的調試準備，就能獲得比較理想、可靠的焊縫，而且生產效率較高。