考登鋼鰭片與ND鋼鋼管H型鰭片電阻焊的焊接工藝

劉健，劉文娟，王林樸，劉浩，吳迪

鞍山鍋爐廠有限公司 遼寧鞍山 114020

1 序言

在電力、冶金等工業領域，以煤為主要燃料的煙氣處理系統，如鍋爐中的省煤器，再熱器等，普遍會遇到燃料中含硫量偏高，形成硫酸而造成設備腐蝕問題。用普通碳素鋼制作的鍋爐部件，由于其耐硫酸腐蝕性能很差，使用壽命很短，因此，使用耐硫酸腐蝕鋼對提高鍋爐部件的使用壽命有著非常重要的意義。本文提到的考登鋼及ND鋼均有耐硫酸腐蝕的特點。因此，近些年這兩種鋼材在鍋爐部件中已得到了廣泛應用，但這兩種材料的焊接性要比普通碳素鋼差很多。

近期我廠生產了考登鋼鰭片（09CuPCrNi-A、厚度3 m m）與N D鋼管子（0 9 C r C u S b、φ38mm×4mm）組焊的H型鰭片管低溫省煤器。由于鰭片厚度大，加之此材料的物理和力學性能相比碳素鋼的電阻焊焊接性差，很容易出現熔合率低、飛濺大、焊后抗拉強度低、焊后變形等諸多問題，而這些問題的產生又與鰭片齒型、焊接參數、設備能力及狀態、電控系統精準度等多方面因素有關。本文針對我廠生產過程中鰭片齒形設計、焊接參數選擇、出現的問題及需要注意的事項進行了詳細闡述。

2 H型鰭片電阻焊影響因素

H型鰭片管分單管和雙管兩種形式，單管的H型鰭片管的兩個鰭片為矩形，其長邊約為光管外徑的2倍。雙管H型鰭片管是在單管基礎上將鰭片加長，對稱加設一個圓弧，這樣既提高了生產效率，也大大降低了生產成本，而且其結構的剛性更好。我廠本次生產的是雙H型鰭片管。

2.1 材料因素

考登鋼又稱耐候鋼，是在鋼中加入少量的合金元素，如Cu、P、Cr、Ni等。使其在金屬基體表面形成致密的、黏附性好的保護膜，從而使鋼的腐蝕過程不能深入進行，具有較高的耐腐蝕性能。因此，考登鋼主要用于抵御含硫煙氣腐蝕，其化學成分、力學性能分別見表1、表2，熱物理性能見表3。

表1 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的化學成分（質量分數） （%）

表2 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的常溫力學性能

表3 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的熱物理性能

ND鋼也就是09CrCuSb材質的鋼，主要用于高含硫煙氣中工作的省煤器、再熱器，用于抵御含硫煙氣腐蝕，具有卓越的耐硫離子腐蝕能力，它良好的耐蝕性和各項物理化性能指標以及加工性能完全能滿足設計、制造和使用要求。

2.2 電極銅板

考登鋼和ND鋼均屬Fe4類材料，從表3可以看出，兩種材質的高溫、常溫強度都較高，焊接區的變形抗力大，焊接中產生必要塑性變形所需要的電極壓強就高，因此，電極銅板應具有較高的高溫強度。我廠選用的是鉻鋯銅電極，鉻鋯銅有良好的導電性、導熱性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及軟化溫度高等優點，焊接時電極損耗少，焊接速度快，焊接總成本低，且硬度適中。另外，電極銅板加工精度、表面平整度要求非常高，必須保證銅板與鰭片接觸面完全貼合，防止虛接。且電極銅板需要適時更換，尤其是使用在焊接電流較大的工件中，以保證焊接質量。

2.3 設備能力及狀態

我廠采用的是中電華強股份有限公司的H型鰭片焊焊機，它將加壓通電局限在鰭片與管子多點接觸的圓弧面上，依靠鰭片-管子-鰭片間的電阻熱形成熔核，然后頂壓成角接連接的鰭片管。設備由鰭片管焊接主機、前料架、后料架、焊接變壓器及其控制系統、整機控制系統及冷卻系統等部分組成。由于我廠設備有所老化，因此，焊接能力相對較差，這就要求齒型設計，焊接參數等因素都達到最佳狀態。

2.4 H型鰭片齒型設計

綜合材料焊接性、設備能力、鰭片厚度等因素，如果齒型與碳素鋼相似，需要的焊接參數會很大，容易導致飛濺及焊穿等缺陷產生，因此，本次鰭片設計的齒型如圖1所示，均布11個齒，弧中85°范圍內開齒，豁口角度90°。經過驗證，此種齒型既能保證焊后鰭片與管子接觸良好，不影響傳熱效果，又可適當減小焊接參數，保證產品質量，減少更換電極頻次，節省成本，提高效率。

圖1 鰭片齒型

3 焊接參數

焊接過程中通電焊接必須是在電極壓力達到滿值且穩定后進行的，否則可能因壓力過低，接觸電阻太大而引起強烈飛濺，或因壓力前后不一致，影響加熱，造成熔核強度的波動，電極提起也必須在電流全部切斷之后，否則電極與工件之間會引起火花，甚至燒穿工件。經過反復試驗，得出表4所示焊接參數，此套參數可保證鰭片管焊接質量符合標準中各項要求。力學性能試驗記錄見表5。

4 常見問題及解決措施

（1）鰭片上下傾斜（俗稱大小口，見圖2）可在圖3所示位置墊鐵片來調節，鐵片要墊在大口側，鐵片厚度約等于大口與小口尺寸差值。

（2）錯齒（見圖4） 調節圖5所示螺栓，使機頭整體前后移動，直至調正。

（3）鰭片左右傾斜（俗稱八字口，見圖6）電極銅板中的電極B磨損嚴重，需要更換。

（4）側彎（見圖7） 上下弧面導電不一致，熱輸入不均，導致彎曲，可利用反變形法防止彎曲，將滾輪向上調節，如仍然彎曲則應檢查電器線路，查找導電不均的原因。

（5）外框（寬窄）超差 可通過調節參數中的焊接時間，焊接時間加大，寬度相應減小，焊接時間減小，寬度相應增加。也可通過調節圖9所示位置，可左右調節松緊，也可調節氣壓。

表4 焊接參數

表5 力學性能試驗記錄

圖2 鰭片上下傾斜

圖3 墊鐵片

圖4 錯齒

圖5 調節螺栓

圖6 鰭片左右傾斜

圖7 側彎

（6）飛濺大 可調整焊接電流，也可調節電極壓力。

（7）焊穿、拉力低 需綜合調節各項焊接參數。外觀有燒紅現象及小圓點，需更換電極銅板。

5 結束語

通過以上試驗及后續生產實際證明在現有設備能力水平下，實際生產中嚴格按照此工藝執行，合格率達到100%，未出現任何缺陷。說明這種焊接工藝及齒型是正確可行的，對以后焊接此種或相近材質的H型鰭片有著重要的指導作用。