手工氬弧焊在凝汽器冷卻水管焊接中的應用

郭洪寧 趙華

摘 要：為保證凝汽器不銹鋼冷卻水管的焊接質量，管孔清洗控制是關鍵，加強過程監督，做好防護防止管孔二次污染，焊前模擬試驗確定焊接參數，焊接過程中的自檢，質檢員的質檢，焊后的著色檢驗，環環相扣，必不可少。同時，該文對凝汽器冷卻水管焊接容易出現的焊接缺陷進行了詳細的原因分析，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、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。

關鍵詞：手工氬弧焊 原因分析 替代自動焊 質量控制

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

凝汽器在汽水流程過程中發揮著至關重要的作用，其作用在于持續循環的低溫循環冷卻水將經過汽輪機的蒸汽冷卻為凝結水。印度塔爾萬迪4×660MW機組所采用的凝汽器型號為N-44000型，冷卻面積44000 ㎡，冷卻水設計進口溫度35.4℃，冷卻水設計壓力0.4，Mpa，冷卻水介質為淡水，冷卻水管材質為TP304不銹鋼，規格為φ25×0.7，mm，單臺機組冷卻水管數量多，現場焊接任務較重。由于不銹鋼敏感的焊接特性，在焊接過程中焊縫極易出現氧化、裂紋、氣孔等缺陷，綜合考慮印度的施工環境，考慮到全位置管板自動焊接技術在電廠凝汽器冷卻水管焊接上的應用尚處于起步階段，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度，但無法從總體上縮短工期。而且自動焊接設備購置費、維修及租賃費較高，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的焊接缺陷，進行了詳細分析，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、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 標準材料，相當于國內的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，高的持久強度和組織穩定性，冷變形能力非常好。使用溫度最高可達650℃，抗氧化溫度最高可達850℃。這些特點是由于其物理化學性能決定的。其焊接性能好，在任何溫度下都不會發生相變，對氫脆不敏感，在焊態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、晶間腐蝕和應力腐蝕等。此外，因導熱性能差，線脹系數大，焊接應力和變形較大。

1.2 冷卻水管焊縫主要缺陷及產生機理

氧化：氬氣用于保護焊縫金屬和鎢電極熔池，在電弧加熱區域不被空氣氧化。在焊接操作中，經常會遇到氬氣不純或操作不當等因素在造成處于高溫狀態下的金屬不受保護作用，造成金屬與氧結合形成氧化物，形成焊接氧化，造成焊縫強度、硬度、塑性、韌性明顯下降。

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

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

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則容易造成熱裂紋及熱影響區晶間腐蝕等缺陷。奧氏體鋼的導熱系數小，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大，約為低碳鋼的1.5倍，在焊接加熱和冷卻過程中，容易產生較大的應力。在多層焊道中間或母材熱影響區的固相線溫度附近，由于晶界析出物或偏析物液化，在焊接熱應力的作用下，容易產生沿晶間開裂的裂紋。

1.3 防止產生氣孔的工藝措施主要

（1）在高純度的氬氣保護下進行焊接，氬氣純度不應低于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物。可以用化學和機械方法清洗。

（3）防風措施嚴格，無穿堂風等。

（4）選用合適的焊接線能量參數，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。

2 焊接工藝

2.1 施工工藝流程

2.1.1 焊前準備

（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行遮擋，防止造成二次污染。

（2）穿管：穿管時應在兩端管板處設專人，使不銹鋼冷卻水管對準管孔，避免沖撞。同時每根冷卻水管必須進行外觀檢查，確認管子表面無裂紋、砂眼、凹陷、毛刺、油污等缺陷，管口應無毛邊，穿管受阻時不能強力猛擊，應使用導向器導入。

（3）切管前的清洗：必須在切管前反復清洗，通過反復將管前后推拉，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，嚴禁使用其他工具進行切割或磨削；預留長度在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：管子脹接程序應根據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，穿脹工作現場必須采取專門的遮蔽措施，嚴防灰塵，擴管機具必須徹底清洗，每擴管1～3根后用酒精清洗一次，擴管應用酒精做清洗劑，冷卻水管在正式擴脹前應進行試脹，管口應無過脹、欠脹等不良缺陷發生。

2.1.2 焊機調試

2.1.3 搭設焊接作業棚

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

（2）焊接棚搭設主要是避免在焊接過程中，外界灰塵污染；管板焊機需要懸掛，減少作業人員的勞動強度，提高工作效率，保證焊接質量。

（3）搭設要根據現場的實際情況，有利于焊接、有利于保護、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，以減少焊接應力。一般采用“之”字形跳焊法。（見圖2）。

（2）推薦焊接參數。

焊接電流：70～85A

焊接速度：2.0轉/min

氬氣噴嘴流量：5～6 L/min

（3）焊接過程中應選擇合適的起弧及收弧位置。

（4）焊接時應采用噴嘴尺寸較大的焊槍，以擴大氣體保護區面積，確保焊接時熔池始終處在氬氣保護下。

2.1.5 自檢

由于此類管口數量十分多，產生焊接缺陷在所難免，必須對焊口進行100%自檢，對每個缺陷都必須進行處理。

2.1.6 委托檢驗

焊接和自檢完成后，由焊接工程師委托進行著色檢測。根據檢驗結果，對有缺陷的焊縫進行處理，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

焊接工程師根據施工情況，對焊接資料進行整理，歸檔。

2.2 手工鎢極氬弧焊操作要領

（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。

（2）為了防止焊縫氧化保證氬氣保護效果，收弧后不能立即移開焊槍，應該待焊縫及熱影響區金屬冷卻到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。

3 質量驗收

3.1 焊接質量標準符合相應的標準規程要求

（1）焊接質量的檢驗工作實行焊工自檢和專業檢驗相結合的辦法。

（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，再進行著色檢查。

（4）翻修后的焊縫必須重新進行外觀檢查和著色檢查，符合質量標準后方為合格。

（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，采取相關措施保持工作環境清潔。

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

（4）焊完后進行自檢，有缺陷進行明顯的標記，嚴禁使用油性筆標示。

（5）焊接時工件及焊材上的油污等雜質能使焊縫增碳，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行認真的清理，所有隔板必須使用丙酮清洗掉油脂與油污，管孔內不允許有鐵銹油污，更不允許有縱向溝槽，為保證脹管質量管孔應清理出金屬光澤。穿管與脹管結束后，在施焊前應對冷卻水管進行更徹底的清潔，具體方法是使用角向磨光機、砂紙、銼刀等清冷卻水管頂端的細小毛刺，然后使用丙酮對冷卻水管內部10 mm長度范圍內進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）焊接均應設置相應的安全管理辦法和安全操作規程。

（2）嚴禁擅自移動或拆除安全設施和標識。

（3）施工現場應有足夠的夜間照明和消防設施。

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

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

4 結語

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

參考文獻

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