電廠金屬材料脈沖焊接工藝應用與實踐

劉昌河

（中電投電力工程有限公司，上海 200233）

0 引言

電力產業在結構輕量化與功能設計過程中，往往使用鋁合金等一系列輕質材料替代常規鋼材。為了保證電廠金屬材料焊接質量得到全面提升，運用先進的脈沖焊接工藝至關重要。因為不同電廠金屬材料物理特性存在較大差異，包括金屬連接位置連接界面很容易出現大量的脆硬金屬化合物，采用常規連接方法，連接接頭質量較差，影響輕質材料和電廠金屬連接件的正常應用。鑒于此，研究脈沖焊接工藝在電廠金屬材料焊接中的應用。

1 脈沖焊接工藝原理

脈沖焊接工藝，是將焊接的薄膜與塑料板壓在2 個不同的加熱元件之間，通入強電流，讓發熱體在短時間內產生熱能較強的脈沖，隨后對其進行冷卻處理，焊接面在加熱與加壓的條件下有效熔合。為了進一步提升脈沖焊接水平，采用先進的脈沖焊接工藝特別重要，一般來講，脈沖焊接主要應用在FPC，PCB，LED 顯示屏，包括排線與端子等產品焊接中。在熱壓機YLPC-1A中運用脈沖加熱工藝，能保證焊接電流、溫度得到高效控制[1]。

2 脈沖焊接工藝的優勢

2.1 輸出時間具有間歇性

與傳統的電廠金屬材料焊接工藝相比，脈沖焊接工藝的生產成本比較低，焊接效果較好，脈沖焊接工藝的能量輸出具有良好的間歇性，能防止電廠金屬材料產生引弧和收弧裂紋。將脈沖焊接工藝應用到金屬材料焊接中，能減少接頭氣孔與裂紋等一系列焊接缺陷，有效提升脈沖焊接工藝的操作水平。

2.2 保護金屬材料焊接不發生氧化

一般來說，脈沖焊接工藝主要利用惰性氣體作為保護氣體，惰性氣體對金屬材料起到良好的保護作用，防止金屬材料在焊接過程中發生氧化反應。在實際焊接中，部分金屬材料的表面能直接發生氧化反應[2]。

2.3 熱量能源密度比較高

因脈沖焊接工藝的熱源能量密度高，因此焊接速率快，焊接接頭的各項性能更佳。電廠金屬材料和電廠生產緊密相連，運用合理的脈沖焊接工藝，能保證電廠金屬材料得到更好利用，對推動電廠的發展有重要意義。

3 電廠金屬材料脈沖焊接工藝應用與實踐

3.1 電廠金屬材料焊接特性分析

在電廠金屬材料中，低合金鋼占據非常重要的作用，特別是在火電廠鍋爐中，能保證鍋爐的承重能力得到更好提升。在管道中，低合金鋼的應用效果也比較好，主要是因為低合金鋼綜合性能較好，穩定性較強。馬氏體鋼是電廠的核心材料，主要應用于鍋爐管與管道。從電廠金屬鑄鐵角度分析，閥門的制作材料不僅可以是鋼材，也可以采用合金鋼閥件。

金屬材料和金屬工藝緊密相連，金屬材料可以呈現出不同的金屬形式，根據制造方法，可以將電廠銅金屬材料分為純銅材料與黃銅材料，可以利用銅材料制作管道。電廠不但有大量的金屬材料，還有很多非金屬材料，非金屬材料的用途比較簡單，當金屬管道出現磨損時，采用陶瓷等非金屬材料，能有效降低金屬材料管道出現大面積磨損的概率。

近年來，越來越多的學者加入到電廠金屬材料焊接研究中，通過長期的跟蹤調查與研發得知，針對火力發電機組的運行情況，妥善應用脈沖焊接工藝十分重要，脈沖焊接是高溫金屬材料焊接的主要工藝。電廠鍋爐管道很容易出現高溫腐蝕，部分部件出現熱損壞，針對機組部分部件高溫熱損壞現象，要進行合理的改進[3]。由于電廠機組的部分部件需要在高溫高壓下運行，運行速率較大，部分部件要在腐蝕環境中運行，對金屬材料的性能要求較高。

3.2 電廠金屬材料特性對脈沖焊接工藝的影響

現階段，電廠金屬材料的耐腐蝕性越來越好，耐腐蝕金屬材料逐漸替代傳統材料，各項金屬材料的性能得到更好體現，耐腐蝕金屬材料的出現，雖然能減小外界環境對部件的影響，但耐腐蝕材料與金屬材料的連接問題越來越突出。為了保證耐腐蝕材料與電廠金屬材料焊接質量得到全面提升，應用脈沖焊接工藝十分關鍵，脈沖焊接工藝主要基于脈沖成形理論，將固體金屬準確連接的技術，是電廠金屬材料焊接常用工藝之一。

通過合理應用脈沖焊接工藝，能保證電廠金屬材料成形精度，運用脈沖焊接工藝，能實現不同形式的焊接，如管道與板的焊接、板與板的焊接、管道與桿的焊接等，脈沖焊接工藝不但能應用于金屬與金屬間的焊接，還可以應用于金屬和非金屬間的連接[4]。如金屬和陶瓷的焊接、金屬和高密度聚酯材料的焊接、金屬和玻璃的焊接等。

脈沖焊接工藝操作流程比較簡單，不采用多余的傳壓介質，也不會影響各零部件外觀形態，在具體加工過程中，焊接人員通過加強參數控制力度，能保證各零部件精密連接。例如，某火力發電廠采用PS-3000 焊機實施脈沖等離子弧焊接工藝，將厚度3 mm 的不銹鋼與厚度4 mm 的鈦金試樣進行焊接，脈沖焊接參數見表1。

在焊接過程中，焊接人員妥善控制焊接參數，保證零部件連接更緊密。由于電廠金屬材料性質比較特殊，只有運用脈沖焊接工藝，才能減少材料的浪費。將脈沖焊接工藝應用到電廠金屬材料焊接中，能保證能量輸出更準確，提高焊接熔池的穩定性。在焊接過程中，不同元素均勻分布在焊接熔池中，使金屬材料焊接接頭結構更為致密，焊接接頭抗拉強度得以提升。

表1 3mm不銹鋼脈沖等離子弧焊接工藝參數

3.3 電廠金屬材料脈沖焊接工藝應用要點

研究人員對電廠金屬材料脈沖焊接工藝的研究比較深入[6]，從國產化角度分析，要結合發電廠的運行情況，加強電廠金屬材料焊接配套管理力度，保證不同機組能在安全環境中運行，減少技術錯誤的出現[5]。

電廠金屬材料脈沖焊接主要采取繼續式加熱方式，焊接時間較短，金屬材料處于高溫環境下，冷凝時間不斷縮短，有效防止金屬材料出現大面積裂紋。脈沖焊接工藝的引弧性能較好，焊接人員通過設定合理的焊接參數，能保證電廠金屬材料焊接質量得到提升，減少熱輸入量，使用脈沖焊接工藝焊縫的綜合性能得到全面提升。

另外，電廠金屬材料的化學性質比較特殊，對線圈的要求高，脈沖焊接時，焊接人員要結合電廠金屬材料的化學特性，選擇合理的線圈，滿足脈沖焊接要求，確定最終的焊接參數。例如，某大型火力發電廠運用脈沖氬弧焊焊接工藝，能保證電廠金屬材料焊接質量，減少金屬材料的損耗。與直流鎢極氬弧焊相比，脈沖氬弧焊具有以下特點：

（1）能夠保證金屬材料的焊縫深寬比更加合理。

（2）有效減少了燒穿現象的發生，在薄板焊接或者厚板打底焊的過程當中，結合峰值電流的經過時間，將焊件徹底焊透，并在熔池下降前，將峰值電流調整為基值電流，保證金屬得到更好凝固。

（3）熱影響區不斷減小，在焊接一些熱敏感材料的過程當中，通過不斷減小脈沖電流的通過時間，能夠保證熱影響區域面積不斷縮小，從而減小焊接變形。

（4）熔池的攪拌效果不斷提升，當平均電流值相同時，脈沖電流峰值流要大于恒定電流，故電弧力比較高，熔池的攪拌效果較好，能夠防止接頭底部出現氣孔或者不熔合現象。

（5）通過合理選擇焊接引弧和收弧過程，使用脈沖焊接技術控制電流參數，保證引弧和收弧過程不產生裂紋，提升焊縫引弧和收弧接頭質量。

4 結束語

全面分析電廠金屬材料脈沖焊接工藝應用與實踐，如電廠金屬材料焊接特性、電廠金屬材料特性對脈沖焊接工藝的影響等，提出電廠金屬材料脈沖焊接工藝應用要點，保證電廠金屬材料得到更好利用，減少材料的損耗與浪費。