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厚壁不锈钢焊管全位置焊接

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厚壁不锈钢焊管全位置焊接

发布日期:2016-07-16 16:03 来源:http://www.ykchgy.cn 点击:

随着焊接技术的进步,焊接结构日益向高参数、大型化方向发展,这就对焊接结构用钢的性能提出了越来越高的要求,不仅要有良好的综合力学性能,而且要有良好的加工工艺性能。对于特殊条件下应用的钢材,还要求具有相应的特殊性能,如耐腐蚀、耐高温、耐低温等。因此原来的碳素结构钢已远不能满足要求,这就进一步促使合金结构钢获得了迅速发展及广泛应用。焊接性的好坏是评价钢材使用性能的主要指标之一。

随着电力工业的迅速发展,大容量的高温高压机组不断涌现,逐步淘汰了中温中压机组,大机组已成为中国火力发电的主力机组。为了进一步提高机组效率、降低煤耗、保护环境、减少CO2的排放还有必要提高蒸汽参数。提高锅炉蒸汽温度和压力参数是提高火力发电厂效率Z有效的方法之一,特别是温度对效率的影响更为显著。 增大蒸汽压力要求使用高温强度更高的钢材,否则必然使构件的壁厚不锈钢焊管成倍地增大。增加蒸汽温度则必然要求钢材能在更高的温度下保持高的强度。可见电力技术的发展在很大程度上依赖于材料技术的发展水平。顺应这一要求,一系列适用于高温高压蒸汽参数的铁素体热强钢和奥氏体耐热不锈钢,如T91/P91,T92/P92,T122/P122,TP304H,T23/P23等在现代的冶炼、轧制、热处理和计算机控制技术基础上产生,它们将是我国今后新建大容量亚临界机组和超临界机组时首选的材料。         

下面对火力发电厂常用的奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的厚壁不锈钢焊管全位置焊进行分析。         

焊接性分析

Cr18Ni9Ti 不锈钢Ф133mm×11mm 大管水平固定全位置对接接头,焊接难度较高,对焊接接头质量要求很高,内表面要求成形良好,凸起适中,不内凹,焊后要求PT、RT检验。        

Cr18Ni9Ti 不锈钢热膨胀率、导电率均与碳钢及低合金钢差别较大,且熔池流动性差,成形较差,特别在全位置焊接时更突出。        

焊接方法及焊前准备

焊接方法

材质为1Cr18Ni9Ti,管件规格为Ф133mm×11 mm,采用手工钨极氩弧焊打底的厚壁不锈钢焊管,CO2气体保护焊填充及盖面焊,立向上的水平固定全位置焊接。

焊前准备

清理油、污物,将坡口面及周围10 mm内修磨出金属光泽。

检查水、电、气路是否畅通,设备及附件应状态良好。

按尺寸进行装配,定位焊采用肋板固定,也可采用坡口内定位焊,但必须注意定位焊质量。        

TIG焊工艺

焊接参数

采用Ф2.5 mm的Wce-20钨极,钨极伸出长度4~6 mm,不预热,喷嘴直径Ф12 mm,选用TCS-308L直径Ф2.5mm的焊丝,焊接电流80~90A,电弧电压12~14V,氩气流量9~12L/min,Ar纯度99.99% 。

操作方法

管子对接水平固定焊缝是全位置焊接。因此焊接难度较大,为防止仰焊内部焊缝内凹,打底层采用仰焊部位内填丝,立、平焊部位外填丝法进行施焊。

引弧前应先在管内充氩气将管内空气置换干净后再进行焊接,焊接过程中焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧的弧柱区,否则造成焊缝夹钨和破坏电弧稳定,焊丝端部不得抽离保护区,以避免氧化,影响质量。

无论什么位置的焊接,钨极都要垂直于管子的轴心,这样能更好地控制熔池的大小,而且可使喷嘴均匀地保护熔池不被氧化。

焊接时钨极端部离焊件距离2 mm左右,焊丝要顺着坡口沿着管子的切点送到熔池的前端,利用熔池的高温将焊丝熔化。电弧引燃后,在坡口一端预热,待金属熔化后立即送第一滴焊丝熔化金属,然后电弧摆到坡口另一端,给送第二滴焊丝熔化金属,使二滴铁水连接形成焊缝的根基,然后电弧作横向摆动,两边稍作停留,焊丝均匀地、断续地送进熔池向前施焊。 

在填丝过程中切勿扰乱氩气气流,停弧时注意氩气保护熔池,防止焊缝氧化。焊后半圈时,电弧熔化前半圈仰焊部位,待出现熔孔时给送焊丝,前两滴可以多给点焊丝,避免接头内凹,过后按正常焊接。

收尾处打磨成斜坡状,焊至斜坡时,暂停给丝,用电弧把斜坡处熔化成熔孔,Z后收口。注意焊到后半圈剩一小半时应减小内部保护气体流量到3 L/min,以防止气压过大而使厚壁不锈钢焊管的焊缝内凹。

常见缺陷的产生原因及预防

未焊透:焊接电流小,根部间隙小,焊接速度过快、焊枪角度不正常等均易产生未焊透的缺陷。根部间隙一定不能小于3.5 mm,合适的焊接电流和正确调整焊枪角度就可避免厚壁不锈钢焊管焊缝产生未焊透。

氧化严重:打底焊时,管内充氩装置未能起到良好的保护作用,焊缝背面将氧化;焊接过程中对熔池及焊丝端头保护不良,或焊丝表面有氧化杂质也将会氧化严重。充氩装置尽可能与管子对严,不能留有间隙,管子的间隙用耐高温锡油纸贴上,避免焊缝氧化。

夹渣、夹钨:焊接过程中,若焊丝端头在高温过程中脱离了氩气保护区,在空气中被氧化,当再次焊接时被氧化的焊丝端头未清理,又送入熔池中,在断口试验中判为夹渣;若钨极长度伸出量过大,焊枪动作不稳定,钨极与焊丝或钨极与熔池相碰后,又未终止焊接,从而造成夹钨。因管子是圆的,焊枪、送丝角度要随时变化,所以手法一定要稳、准,就能避免夹渣、夹钨的现象。

内凹:装配间隙小,焊接过程中焊枪摆动幅度大,致使电弧热量不能集中于根部,产生了背面焊缝低于试件表面的内凹现象。电弧热量尽量集中于根部,仰焊部位多给点焊丝可避免内凹。

CO2气体保护焊焊接工艺 

操作方法

焊前注意喷嘴,导电嘴是否清理干净,气体流量的大小是否合适,清理打底层表面,控制层间温度。

因填充、盖面层用CO2气体保护焊,焊丝伸出长度的长短对焊接过程的稳定性影响较大,焊丝伸出长度越长,焊丝电阻值增大,焊丝过热而成段熔化,结果焊接过程不稳定,金属飞溅严重,焊缝成形不良,对熔池的保护不好;焊丝伸出长度过短,则焊接电流增大,喷嘴与工件的距离缩短,焊接视线不清,焊道成形不良,同时若焊丝伸出长度过短,还会使喷嘴过热,造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴,从而影响气体流量。

焊接时,焊枪角度要跟管子轴线垂直,因为管子是圆的,所以焊枪角度要随时变化,这样才能保证焊缝质量,避免厚壁不锈钢焊管的焊缝产生气孔、夹渣等现象。焊接时采用小月牙形摆动,两侧稍作停留稳弧,中间速度稍快,这样可以避免焊出的焊缝凸起、不平整;上、下接头都要越过中心线5~10 mm,后半圈填充、盖面仰焊接头时,可把前半圈引弧焊接位置磨一个缓坡,使后半圈接头时不致于产生缺陷;填充时,要注意坡口边缘不要被电弧擦伤,以备盖面层焊接。盖面时,应在坡口边缘稍作停顿,以保证熔池与坡口更好地熔合,焊接过程中,焊枪的摆动幅度和频率要相适应,以保证盖面层焊缝表面尺寸和边缘熔合整齐      

电站用厚壁不锈钢焊管的开发需要很长的周期, 国内外实践证明12Cr1MoV、2.25Cr-Mo、TP304、TP347等钢工艺性能良好、运行可靠。但为了提高蒸汽温度和压力,20世纪60年代以后各国纷纷致力于开发使用温度高于580℃低于650℃的钢种。可以说T91/P91钢的开发成功是电站用钢领域内近30年努力的突破。我国于1987年开始引进使用这种钢,10多年来已有一些单位基本掌握了T91/P91钢的焊接工艺,同时也开展了T91与钢102、12Cr1MoV、TP304钢异种钢焊接的研究工作。用T91更换钢102制成的过热器和高温再热器运行的可靠度明显提高。用P91制成的蒸汽管其管壁厚度可成倍地减小。壁厚的减小降低了构件的重量,减小了结构应力和热应力,也减小了制造成本和施工难度。        

T91/P91、T92/P92、P23/T23、T122/P122都是属调质状态下使用的回火马氏体钢,又都是在相同的思路下研制开发的,它们具有相似的基本特点。新钢种由于降低了碳和杂质元素的含量,对焊接裂纹的敏感性都明显降低。由于采用这类钢后,可成倍减小构件壁厚,焊接获得完整无裂纹的接头的难度比钢102、T9、X20等也大为降低。尽管如此,接头性能的明显劣化却是焊接这类钢的主要困难。

由这类钢的基本特点可以设想:

焊缝由于熔敷金属没有控轧和形变热处理的机会,晶粒不可能由此获得细化,又由于熔敷金属中的Nb、V在凝固冷却过程中难以呈微细的C、N化合物析出,焊缝的韧性会远不如母材。

供货状态优良的母材性能受到焊接的高温循环,母材HAZ性能必会明显劣化。

这种劣化的程度随焊接热输入的增大而加剧。对T91/P91钢焊接的实践已经证明了这些设想。


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