管排鏡面焊焊接技術(shù)的模擬應(yīng)用

華能淮陰電廠 李京澤

由于大容量、高參數(shù)的超超臨界火電機(jī)組鍋爐的組件管排數(shù)量大，節(jié)距較小，為機(jī)組管道的安裝和檢修帶來(lái)技術(shù)上的高要求，主要集中體現(xiàn)在某些焊接位置無(wú)法用肉眼直接觀察到。為了獲得高質(zhì)量的焊縫，在這些部件的焊接過(guò)程中必須采取特殊的焊接工藝，這就需要鏡面焊來(lái)完成。所謂鏡面焊就是在肉眼無(wú)法觀察到的焊口位置附近放置一面鏡子，利用鏡子的反射成像原理觀察鏡子內(nèi)的熔池來(lái)進(jìn)行焊接，即利用鏡子的反射原理進(jìn)行焊接來(lái)完成焊口焊接的一種操作方法。需要用到鏡面焊的位置包括鍋爐爐膛內(nèi)再熱器、省煤器、過(guò)熱器的密集管排，空間位置受限的承壓管道等。

1 鏡面焊的模擬與試驗(yàn)

1.1 焊接設(shè)施及工器具

模擬操作架的制作。為了更準(zhǔn)確的模擬現(xiàn)場(chǎng)困難位置的焊接，參照現(xiàn)場(chǎng)管道困難位置的實(shí)際情況制作了密集管排模擬焊接架（圖2）。選用具備高頻引弧和電流衰減功能的直流逆變焊機(jī)，電弧燃燒穩(wěn)定，以確保模擬焊接過(guò)程的順利和獲得高質(zhì)量的焊縫。鏡面焊用氬弧焊槍應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)困難位置的具體情況選用可以360°改變焊槍角度的撓性氬弧焊槍，且瓷導(dǎo)嘴根據(jù)管子間距大小可選用不同規(guī)格的，使得焊接作業(yè)能夠順利完成。

圖1 鏡面焊示意圖

圖2 密集管排模擬焊接架

專用不銹鋼反射鏡。在鏡面焊所用鏡片的選擇方面，考慮到玻璃鏡片易碎，所以選擇了不銹鋼鏡面板，并在其尾部有一塊強(qiáng)磁場(chǎng)吸附件，主要起固定鏡架的作用，頭部是一塊不銹鋼雙面鏡板，厚度為1mm 左右，中間是一根撓性金屬軟管，連接尾部和頭部，其中在與頭部連接時(shí)采用萬(wàn)向節(jié)，可以360°旋轉(zhuǎn)鏡子，在實(shí)際焊接過(guò)程中觀察熔池和成像較為清晰，方便焊工操作。

圖3 焊槍的選用

圖4 專用不銹鋼反射鏡

1.2 鏡面焊的模擬操作

考慮鏡面焊模擬操作的難度，選擇現(xiàn)場(chǎng)焊接工作五年以上，氬弧焊技術(shù)過(guò)硬且經(jīng)驗(yàn)豐富的焊工來(lái)進(jìn)行操作。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)M操作的過(guò)程共分為二個(gè)階段。

1.2.1 第一階段

第一階段主要是要解決鏡面焊接過(guò)程中通過(guò)鏡子觀察熔池和反向加絲的問題，也就是解決適應(yīng)反向操作的問題，此階段的操作約用了兩周時(shí)間，參與模擬操作的焊工基本掌握鏡面焊的技術(shù)要領(lǐng)。剛開始先掌握鏡子、焊槍、焊絲的擺放位置和通過(guò)鏡子的反射用肉眼觀察焊縫，最初的操作中，有時(shí)不是焊絲粘在焊縫上就是鎢棒粘在上面，而且在焊接過(guò)程中鎢極和焊絲經(jīng)常會(huì)打架，這些都是在剛開始遇到和解決的問題。

第一階段使用小直徑（φ42×6）的碳鋼管子，采用焊絲是TIG-J50、φ2.5mm，剛開始練習(xí)時(shí)大家比較習(xí)慣和順的右手操作，鏡面焊位置是比較容易的4點(diǎn)到2點(diǎn)位置。在這階段練習(xí)中，逐步的適應(yīng)焊接程序的改變，掌握焊接機(jī)巧，成型明顯好轉(zhuǎn)。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的練習(xí)后，焊縫的表面已達(dá)到焊接規(guī)程要求的合格標(biāo)準(zhǔn)，挑選了9只焊口對(duì)其內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行了一次檢驗(yàn)，經(jīng)射線和斷口檢驗(yàn)評(píng)定，檢查焊縫中存在的較多缺陷。拍片情況：九只焊口經(jīng)射線探傷檢驗(yàn)的結(jié)果是五道為Ⅲ級(jí)片，四只Ⅳ級(jí)片；斷口情況：存在少量氣孔、縮孔、內(nèi)咬邊、焊瘤、夾鎢等。

圖5 斷口情況

1.2.2 第二階段

經(jīng)過(guò)第一階段的模擬操作已基本掌握較容易位置的鏡面焊接，第二階段的模擬實(shí)驗(yàn)主要換成薄壁、管徑較大、規(guī)格為φ60×4的管子，薄壁管焊接難度由此增大，鏡面焊位置一不小心就會(huì)燒穿，而且成型不易控制；管徑增大，管間距就相對(duì)減小，焊槍的空間減小，焊槍擺動(dòng)困難，因此較上個(gè)規(guī)格的管子難度加大了。而且這個(gè)階段在已經(jīng)適應(yīng)鏡面觀察焊縫的習(xí)慣，所以不但要進(jìn)行全方位的焊接，而且要從比較熟練右手進(jìn)行焊接改成左右雙手焊接，鏡面焊焊接的位置在6點(diǎn)到9點(diǎn)和6點(diǎn)到3點(diǎn)之間；采用內(nèi)外加絲的焊接操作以及打底層與蓋面層焊接操作要領(lǐng)；該位置的焊接較前一階段的鏡面焊位置難度增大且掌握時(shí)間較長(zhǎng)，須進(jìn)行反復(fù)高強(qiáng)度的練習(xí)以完全掌握鏡面焊的技巧。

在經(jīng)過(guò)第二階段的模擬練習(xí)后，焊工已掌握了小徑管全位置鏡面焊的操作要領(lǐng)，焊縫的表面成型美觀，焊道均勻，無(wú)明顯表面缺陷。再次挑選了8只焊口對(duì)其內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，經(jīng)射線和斷口檢驗(yàn)評(píng)定內(nèi)部質(zhì)量合格。拍片情況：8只焊口經(jīng)射線探傷檢驗(yàn)的結(jié)果均合格，其中有4只焊口被評(píng)定為Ⅰ級(jí)焊縫。

2 鏡面焊的技藝難點(diǎn)和重要技術(shù)環(huán)節(jié)

技藝難點(diǎn)。鏡面焊時(shí)在習(xí)慣性的影響下會(huì)出現(xiàn)正常的送絲在鏡面反射情況下送入到鏡面板的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致焊絲送不到位或漂浮于坡口外側(cè)，影響正常焊接。鏡面焊時(shí)由于弧光反射非常強(qiáng)烈，易造成鎢極與焊絲發(fā)生碰撞而引起電弧不穩(wěn)定，從而會(huì)使缺陷產(chǎn)生。由于鏡面板反射的圖像立體感不強(qiáng)且電弧光強(qiáng)烈刺眼，對(duì)于操作人員控制熔池的難度加大，會(huì)造成焊縫外觀的高低和寬窄差變化較大，影響焊縫的美觀度。鏡面焊使用的必須可以360°改變焊接角度的撓性氬弧焊槍，在特殊的間距特困難位置時(shí)須選用特制的短槍和瓷導(dǎo)嘴，以滿足現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量的要求。

重要技術(shù)環(huán)節(jié)。氬弧焊打底必須采用內(nèi)加絲法焊接，便于從間隙和鏡面觀察熔池成型，控制焊縫質(zhì)量。鏡面焊接填充層時(shí)應(yīng)以兩側(cè)坡口線為基準(zhǔn)線，控制熔池的大小，為下一層鏡面焊道創(chuàng)造清晰的基準(zhǔn)線，降低在鏡面焊時(shí)的焊工操作難度。鏡面的固定位置要便于肉眼通過(guò)鏡子的反射觀察焊縫的熔池狀況。要不影響氬弧焊焊槍的位置擺放和焊接過(guò)程中焊槍的行走和擺動(dòng)。鏡面焊時(shí)氬弧焊槍彎曲角度和操作角度應(yīng)根據(jù)焊接速度做必要的調(diào)整，以免發(fā)生熔池控制不到位或移動(dòng)過(guò)慢導(dǎo)致熔池溫度過(guò)高產(chǎn)生焊瘤和氣孔等缺陷。

3 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)場(chǎng)檢修過(guò)程中，密集管排存在肉眼無(wú)法看到的困難位置焊口，可采用鏡面焊的方法進(jìn)行焊接來(lái)解決這一難題。鏡面焊有一套嚴(yán)格的操作流程和方法，完成鏡面焊要選擇技術(shù)達(dá)標(biāo)、經(jīng)驗(yàn)豐富的焊工來(lái)進(jìn)行操作，并經(jīng)過(guò)不少于一月的嚴(yán)格訓(xùn)練，以掌握鏡面焊全部技術(shù)要領(lǐng)，并經(jīng)過(guò)射線和斷口檢查，焊縫內(nèi)部質(zhì)量得到保證。鏡面焊中控制層間溫度和線能量的輸入是關(guān)鍵，操作焊工適應(yīng)鏡中成像的反向操作是實(shí)現(xiàn)鏡面焊的基本條件。為了降低鏡面焊接的難度，保證質(zhì)量，鏡面焊焊口往往只能按照先后工序順序的焊接，完成的焊口數(shù)量也是有限的，因此它的效率必然有所降低。