减少大型结构件焊接变形的工艺对策.docx

目录：（关于焊接方面的一些材料，网上收集整理的，希望有用。）1.减少大型结构件焊接变形的工艺对策（第1页） 2.焊接中防止变形和减少内应力的方法（第5页）3.长输管线自动化焊接技术（第7页）4.火力发电厂高温高压管道上管座焊接（第14页）5.锅炉、压力容器筒体上管座角焊缝焊接技术的研究（第19页）6.焊前预热及焊后热处理的作用（第22页）7.超细晶粒钢及其焊接性（第23页）8.基于动态能量平衡模式的弧焊熔透复合控制（第29页）9.某电焊机厂专用焊机电机定位改造项目（第36页）10.PLC与变频技术在滚焊机中的应用（第38页）11.螺柱焊机及其焊接工艺（第41页）12.通过高速偏转光束进行小部件激光焊接（第49页）13.浅谈门窗洞口焊角开裂成因和预防措施（第51页）14.硬质合金的焊接工艺现状与展望（第54页）15.不锈钢管的焊接（第60页）16.船舶焊缝常见缺陷与对策（第63页）17.钢筋电弧焊焊瘤（第66页）18.氧化铝高压溶出单套管焊缝穿漏原因分析（第67页）19.焊制三通的加工缺陷及其消除（第71页）20.燃料电池堆的焊接（第75页）21.现代激光加工技术在金属加工领域的应用（第78页）22.T91与12Cr1MoV异种钢焊接分析（第84页）23.焊接工艺问答熔滴过渡方式（第95页）24.点焊焊接结构缺陷（第103页）25.百万千瓦超超临界机组锅炉制造中的焊接难题概述（第104页）26.机械加工药芯焊丝外皮新工艺（第105页）27.三峡压力钢管凑合节合拢焊缝的焊接（第108页）28.大跨度悬索桥主缆缠丝焊接（第122页）29.大型平台的焊接工艺探讨（第126页）30.药芯焊丝的工艺特点及优越性（第136页）31.火电站用新型热强钢的基本特点及其焊接性（第139页）32.大直径无环焊缝U形膨胀节制造（第139页）33.货车储风缸纵缝的气体保护焊（第147页）33.空气锤下砧子的焊接（第151152页）1.减少大型结构件焊接变形的工艺对策大型结构件是工程机械产品的骨骼，也是厂家设计水平的体现和制造水平的反映。由于结构件在承载能力、外观造型及实现产品功能上的重要作用，在工程机械产品的设计和制造中应特别予以重视。大型结构件因为体形庞大，焊接部位多，部分尺寸精度和位置精度要求较高，支承起来难度较大，尤其是整体变形问题，一直是困扰工艺人员的一大难题。本文主要结合中外建发展股份有限公司生产的平地机、装载机典型结构件的工艺实际，对大型结构件的焊接变形情况和原因进行了分析，并提出了一些控制变形的工艺对策。1 大型结构件变形的典型实例及危害 型平地机后机架的变形后机架是PY160C型平地机最大的结构件（见图1），该件外形尺寸为3 300 mm1 100 mm800 mm，由72个零件组成，属于框架特征的大型结构件，其制造方式为多个零件上胎合拢、拼点，然后焊接而成。该件在整机装配时需与发动机、变速器、司机室、驱动桥等部件相连接，其工艺要求为：基础面平面度3 mm，扭曲度5 mm，垂直度2.5 mm。按传统方式焊接后，一般情况下变形为：扭曲度1030 mm，平面度58 mm，垂直度510 mm，横向孔组的中心距超差，如后桥安装距720 mm0.5 mm，焊后变为720 mm+2 mm。虽在焊后经过整形工序，但变形量相对装配要求仍然偏大，造成该件返修率较大，以致后来采用“配焊”、“垫板调整”等落后工艺进行调整。 型装载机动臂的变形该件为H形大型结构件（见图2），外形尺寸为2 800 mm1 200 mm800 mm，制造方式为支座组件与两动臂板合拢后进行大截面角缝焊接。其焊接方式为层道焊缝连续焊接。该件是装载机作业时铲斗运动的关键支撑件，其工艺规程要求尺寸与相对中心线的对称度为1.5 mm；A、B、C、D各组孔的中心线平行度为1.0 mm；各组孔同轴度为0.5 mm。按上述方式焊接后主要变形为支座出现旁弯，通常引起尺寸偏小815 mm，尺寸与对称度超差1.52 mm，尺寸与各自的中心线不平行，两中心线出现的夹角，造成动臂变形，长时间作业时整机会出现铲斗失稳现象。 结构件变形的理论分析工程机械结构件主要是由冷、热轧钢板、型钢及它们的成形件装焊而成，材质主要为低合金结构钢。从结构件制造工艺来看，造成大型结构件变形的原因，主要来自三个方面：即焊接热应力、残余应力和外力。 焊接热应力变形工件在焊接过程中，对金属材料是一种不均匀的加热和冷却。焊接时，加热的热源是移动的高温电弧，焊缝和热影响区金属温度很高，金属受热膨胀，但又受到常温金属的阻碍和抑制，便产生了压缩塑性变形。结构件的焊接变形程度与施焊时热源的输入能量成正比。 残余应力变形残余应力主要为焊接残余应力和成形加工残余应力，当工件某一部位施焊结束后，其焊缝金属由膨胀转为收缩，但其又受到常温金属的限制，这时便产生了焊接残余应力。成形加工残余应力主要是因为工件受工艺性外力而引起，如工件自由弯曲成形时不得法；钢板校平辗压次数少；机加工吃刀量过大等等都能引起成形加工残余应力。 外力引起的变形主要指组装、焊接过程中由磕、碰、摔、撞或过载引起的异常变形。结合对引起变形应力的理论分析，可知前述PY160C型平地机的后机架变形是上百条焊缝的焊接综合变形。ZL50C型装载机动臂变形则是典型的大热场焊缝产生的焊接热应力变形，该件的动臂板厚度为50 mm，由于在施焊时焊接热影响区的温度可达85，随着加热部位金属发生相变，便产生了残余应力，它残存在母材中，不但引起构件变形还将影响构件的使用性能和质量。 克服结构件变形的工艺措施 平地机后机架的变形纠正传统方法采用火焰加外力来解决PY160C型平地机后机架的扭曲变形。把该件平放在工作平台上，将其两个角或三个角垫起，并使其与工作台紧固，用火焰加热应力集中区域，再用机械方法拉动悬空的角，以达到矫正扭曲的目的。但是当我们在矫正其它次要变形时，扭曲变形又重新出现。这种反复矫正的方法，不但耗费了大量的人力、物力而且仍会使工件产生新的残余应力，留下了产品后期变形的潜在危险。通过不断的实践探索，我们对后机架的工艺进行了重新审定，实施了一套“先部件，后总成”的治本之路，即将整个后机架分为轴承座、左梁、右梁三个部件，每个部件下又分若干次部件，再下一层是零件，装焊并整形的次序是：零件次部件部件后机架总成。这种方法实际上是把后机架一次焊接所承受的全部热量与变形，分散到前序逐级削弱，并分部件进行矫正变形，以减少总装后的变形。按此种工艺制作的后机架变形很小，由于我们根除了最严重的扭曲变形，使该件整形时非常轻松地达到了图纸要求。 克服装载机动臂总成的变形我们从三方面采取措施来克服动臂的焊接变形：首先是采取增加约束的办法来限制动臂的变形，即在距支座200 mm处设置两个可调支杆，从两边顶住两动臂板，以限制动臂板焊接时往里变形；其次是减少焊接线能量，对于截面积为200 mm2的焊缝采取4层12遍交替焊接的工艺，如图3所示，图中序号为施焊次序。采用手工CO2气保护电弧焊，这一措施对减少动臂的变形收到较好的效果；第三，采取经济、简便的火焰矫正法。其操作方法是：用气焊焊枪加热，采用碳化焰，在与支座和动臂板的焊缝相对应的动臂板外侧，自上而下呈线状逐步加热，加热速度为35 mm/min，加热温度为750800，冷却时用清水自下而上进行，当尺寸的变形量大于10 mm时，加热宽度为1020 mm，加热深度为1520 mm；当变形量小于10 mm时，加热宽度为1015 mm，加热深度为1015 mm。采用以上方法，动臂形位公差与尺寸均能达到标准要求。 减少大型结构件变形的工艺对策工程机械大型结构件要比一般教科书或技术资料中所描述的结构件复杂得多，且对不同的结构件的性能要求也各不相同。根据实践经验我们总结出几种克服工程机械大型结构件变形的工艺对策。（）结构件本身的结构设计要合理，即尽量遵守焊缝设计三原则：焊缝数尽量少、焊缝截面尽量小、焊缝位置要对称。（）选择线能量较低的焊接方法，包括采用多层焊和利用CO2自动焊代替气焊或手工电弧焊。（）选择合理的焊接顺序，使工件受热均匀。（）对形状复杂、组成件多的结构件采用多层部件装焊法，多步骤装点，多步骤焊接，多次整理。（）消除残余应力，保证结构件的长期稳定性：a、对有压形和校平工序的零件采取措施，使其施力处的金属组织均匀。b、对800以上的加热应慎重，避免引起材料的相变。c、严禁用火焰成形法加工零件或加工装焊成形后的某一部位。d、结构件在加工前应进行回火处理或天然时效。（）对简单零件尽量采用机械矫正。（）对两端有约束的部件间的变形，应用机械手段调整并保持一定的施力时间。总之，克服工程机械大型结构件的变形是一个理论和实践性很强的课题，克服变形的措施就是要保证结构件的热场均衡并尽量避免应力的产生，掌握这一指导思想，我们就可以在生产实践中不断地制定出更加完善的工艺对策。参考文献 由锡唐主编. 焊接结构. 北京：机械工业出版社， 1996 付荣柏主编. 钢材的火焰矫正. 北京：机械工业出版社， 1996 国家机械工业委员会统编. 铆工工艺学. 北京：机械工业出版社，19982.焊接中防止变形和减少内应力的方法在农机修理中焊接是非常重要的一种方法，但是如果焊接不好就会产生变形和内应力，甚至焊后的零件无法使用而报废。一、减少内应力的方法1锤打和锻冶机械法 当焊修较长的裂缝和堆焊层，需要以一端连续焊到另一端时，在焊修进行中，趁着焊缝和堆焊层在炽热的状态下，用手锤敲打，这样可以减少焊缝的收缩和减少内应力。敲打时，焊修金属温度800时效果最好。若温度下降，敲打力也随之减小。温度过低，在300左右就不允许敲打了，以免发生裂纹。锻冶方法的道理与上述基本一致，不同的是要把焊件全部加热后再敲打。 2预热和缓冷热力法 此种方法就是焊修前将需焊的工件放在炉内，加热到一定的温度(100600)，在焊接过程中要防止加热后的工件急剧冷却。这样处理的目的是降低焊修部分温度和基体金属温度的差值，从而减少内应力。缓冷的方法是将焊接后的工件加热到600，放到退火炉中慢慢地冷却。 3“先破后立”法 铸铁件用普通碳素钢焊条焊接时，很容易产生裂纹，用铸铁焊条又不经济。现介绍一种“先破后立”用碳素钢焊条焊接的方法：先沿焊缝用小电流切割，注意只开槽而不切透，然后趁热焊接。由于切割时消除了裂纹周围局部应力，不会产生新裂纹，焊接效果很好。 在焊接过程中减少内应力有以上三种方法，现举例如下：铸铁泵壳裂缝的焊接。 (1)在裂缝的两端点钻止裂孔(10mm)，以防焊接中裂缝进一步向外扩展。 (2)用手动磨光机在裂缝的位置开坡口，坡口顶宽89mm，略成V字形，深32mm(此泵泵壳壁厚为40mm)，使得能够焊入电焊液。 (3)焊接为手工焊，采用3.2mm专用铸铁电焊条，使用直流电焊机，反接，电流为150A，实施间断焊，即每焊长1520mm电焊缝，停等片刻。在停焊间隙，当焊接熔液凝固后，由白热状态到红热状态时，用小尖锤捶击电焊缝，捶击用力要轻，速度要快，次数要多，使焊缝金属减薄向四周伸长，抵消一些焊缝收缩并减少焊接应力，这样能有效地提高焊缝金属的抗裂性(注意使用小锤头必须是半径为10mm左右的圆弧形的)。待焊接熔池冷却到暗红色消失后再接着焊。 (4)对于较长的裂缝，为避免开裂，必须分段焊补。分段的原则是先焊能自由伸缩的那段。如分三段，应首先焊中间的一段，当此段冷至暗红色消失时，立即施焊另一段，然后焊最后一段。 (5)施焊前，先对焊缝区进行预热，焊后保温，以降低冷却速度。预热、保温不仅能提高焊缝金属的抗裂性，而且还有益于降低熔合线附近区域的硬度。 二、减少和防止焊修时变形的方法1预热法：在焊接前对焊接件进行预热，不仅可以减少内应力，而且也是一种减少变形的好方法。 2预加反变形法：预加反变形法是根据被焊金属的性质，预先凭经验估计出焊修后发生变形的方向和收缩量，在焊修前，将工件用机械方法进行预变形，使焊修后的变形恰好和预变形抵消。 3水冷法：此种方法就是利用冷水喷射焊件，用降低基体金属的温度来防止变形，也可以将焊件浸在冷水槽中，露出需要焊修的部分，这样使基体金属温度不会升高，因此焊修件也不会引起变形。 4夹固法：此种方法就是用刚性较大的夹具紧固焊件，防止被焊件在焊接时产生变形。但此法将在焊件内部残留着内应力，因此，这种方法主要应用于具有良好可塑性的低碳钢薄板焊接。 5合理选择焊接规范 在焊接前，合理选择焊接规范，对减少焊件变形影响很大。如随着电流强度的增加，焊件的变形相应增大。焊缝的焊接顺序对减少焊件变形有很大意义，结构上的焊缝，应该使被连接的两个部件之间的焊缝最后焊成。对于柱形板结构，应该先焊纵向(轴向)焊缝，然后焊环形焊缝，否则，会使结构中央引起凸起变形，甚至裂缝。若焊件是一些钢板组成的金属板，应首先拼焊钢板的横向焊缝，当组成单个板条后，可采用分段焊，每一段都是朝着与施焊总方向相反的方向施焊，即采用逆向焊接法。 长输管线自动化焊接技术前言管道输送是一种安全、经济、对环境破坏小的运输方式。其建设地区跨度大，沿线施工环境恶劣，加之管道输送逐步向高压(7.5MPa)、大口径(1420mm)方向发展，这对管道环焊缝的焊接提出了更高的要求。管道环焊缝的焊接成为制约整个工程质量和建设周期的关键工序。目前，我国管道焊接施工仍以手工电弧焊为主，半自动焊为辅，在施工过程中，由于人为因素造成的质量不稳定问题比较突出。近20多年来，在国外迅速发展了管道焊接施工高新技术，现已经初步形成技术和设备的系列化。美国、加拿大、前苏联等国家在管道施工中均已大量采用了自动化焊接设备，实践证明其自动化焊接系统焊接质量稳定、焊接速度快，是一项比较成熟的管道施工技术。据不完全统计，到目前为止至少有8个国家的20多家公司开发了比较先进的技术和相应的成套设备。用于现场且比较成熟的自动焊接技术主要有三类，即以美国CRC公司为代表的“实芯焊丝+气体保护”管道环缝强迫成型自动电弧焊技术和设备；以及乌克兰巴顿焊接研究所为代表的“药芯焊丝+气体保护”管道环缝强迫成型自动电弧焊技术和设备；以及巴顿焊接研究所开发的管道环缝闪光对焊技术和设备。2实芯焊丝气体保护自动电弧焊技术实芯焊丝气体保护焊(GMAW)通过连续送进焊丝填充焊缝，焊接时向焊接区输送保护气体，使焊丝端部、熔池及附近的母材金属与周围空气隔离。2.1气体保护自动焊设备“实芯焊丝+气体保护”管道环缝自动电弧焊设备主要包括供电设备、坡口机、对口器和弧焊装置。其中弧焊装置是实现管段对接的关键，由轨道、弧焊电源、焊接小车、送丝机构、摆动机构、供气系统及过程控制器等组成。目前美国、法国、意大利、日本等国的焊机制造商均生产各种不同规格型号的管道对接气体保护自动焊设备。图1至图3所列为CRC公司“实芯焊丝+气体保护”自动焊主要设备的机构简图，表1为CRC公司自动焊系统的技术参数。图1加工特殊复合坡口的坡口机图2带有管内焊机的内对口器图3管外自动焊机表1CRC公司自动焊系统技术参数焊机型号根部内焊机热焊外焊机填充外焊机盖面外焊机焊接机头数46222焊丝直径(mm)0.90.90.90.9送丝速度(mm/min)965212700114309652保护气种类75%Ar+25%CO2100%CO2100%CO2100%CO2保护气流量(l/min)507510075焊接电流(A)185240190185焊接电压(V)19.52523.519.5焊接速度(mm/min)762127038120%33020%备注(1)电源为直流(2)根部内焊机为多弧自动焊机，焊小口径管子时用四弧焊机(内焊机机头数为4个)，焊大口径管子时用六弧焊机(内焊机机头数为6个)2.2焊接工艺气体保护自动焊技术采用CO2或CO2与Ar的混合气为保护气体，每道焊缝包括根焊、热焊、填充焊和盖面焊。所有焊道的焊接普遍采用全位置下向焊，以提高熔敷速度。但有些自动焊系统如法国“Saturne”系统根焊采用上向焊，防止未焊透和熔穿。对于不同的管材、管径、壁厚及不同焊道，其焊接参数是各不相同的。实际应用的焊接参数是经焊接工艺评定后预置到过程控制器中的。CRC自动焊接系统采用不同焊机焊接不同的焊道，但国外大部分自动焊接系统都采用同一焊机焊接不同的焊道，各焊道的焊接参数用程序切换。焊接过程中过程控制器控制和调节的主要参数有：焊接电压、送丝速度、焊接速度、摆动速度、摆动宽度、摆动延迟时间等。气体保护自动焊施工时，由于管子装配无法保证环焊缝均匀一致的钝边、对口间隙及错边量，所以大多在现场加工管端坡口，以保证管端圆度，及内对口器装配后坡口表面不变形。管子加工出合格的坡口后，由内对口器装配、固定管子，开始施焊。根焊有从管道内壁焊接的，也有从管道外壁焊接的。管内焊接采用与内对口器组装在一起的管内自动根焊机，如CRC公司、日本川崎制铁公司的自动焊接系统就采用这种技术。管外焊接采用与内对口器组装在一起的垫板强迫根焊成型，如法国“Saturne”系统、意大利PASSO系统等。气体保护自动焊在现场采用流水作业进行管道对接，工序分别为吊管、坡口加工、轨道安装、对口及根焊、热焊、填充和盖面等。2.3焊接实例在科洛尼尔成品油管道、阿意输气管线等的施工过程中，都采用了气体保护自动焊接系统。美国德克萨斯州的班德拉附近，CRCCrose自动电焊机经受了严酷自然条件的考验，在一条30in X60管线5英里长的区段上焊出优良的焊缝。最高记录每小时25个焊口，8小时半的工作日内完成188道焊口。1993年，荷兰北海天然气开发工程中，Allseas公司自动焊接系统(phoenix)首次使用，焊接了约40km的26in16mm防水碳钢输气管线。据Allseas公司介绍，焊接返修率低于任何现有焊接系统。 3药芯焊丝气体保护自动电弧焊技术药芯焊丝自动焊(FCAW)是以药芯焊丝代替实芯焊丝，并强迫焊缝成型的电弧焊技术。其主要工艺及设备与实芯焊丝自动焊相似，如法国的Saturne系统、Allseas公司的phoenix系统等既可以用实芯焊丝，也可以用药芯焊丝进行焊接。“药芯焊丝+气体保护”管道环缝自动电弧焊设备主要包括供电设备、内对口器和弧焊装置。在原苏联，药芯焊丝自动化焊接技术曾得到广泛应用，焊接的管线长达数千公里。图4为药芯焊丝自动焊“对接1”设备的焊接过程示意图，表2为原苏联药芯焊丝自动焊系统的主要技术参数。图4“对接1”设备焊接示意图表2药芯焊丝自动焊系统技术参数机型对接号管径范围(mm)12201420管段长(m)2436焊接电流(A)300450焊接电压(V)2426焊丝直径(mm)2.33.0焊接速度(m/s)1.410-2送丝速度(m/s)4.210-2施焊效率(焊口/h)(1420)3焊机外形尺寸(mm)400026003500机重(kg)16500根据药芯焊丝中的焊剂成分，保护气体分别采用CO2或CO2+Ar，而自保护药芯焊丝在焊接时则不需要外加保护气。“对接1”药芯焊丝自动焊接系统对于1020.5mm管子，每道焊缝需焊接2至3层，采用全位置上向焊，焊接过程中，与内对口器组装在一起的垫板和与焊接小车组装在一起的滑块强迫焊缝成型。 4闪光对焊技术闪光对焊是一种电阻压力焊接方法。焊接时在对接管端通以低电压强电流，使两管端接触点迅速被加热至熔化状态，形成蒸汽，并以爆炸形式破裂，金属颗粒在气体压力作用下以火花形式喷射出来，发出强光及声响。随着管子以较大的顶锻力和顶进速度不断送入，在短时间内形成高质量的环焊缝。4.1焊接设备管道闪光对焊设备包括：闪光对焊机、管端清理机、焊缝打磨机、发电机组、过程控制器等。闪光对焊机是实现焊接过程的关键，由环状变压器和液压装置组成。其主要作用为：对口，为焊接管口提供低压大电流，在钢管轴向移动管子和顶锻管子。按其结构可分为管外焊机和管内焊机两类。表3为电阻闪光对接焊机型号及主要技术参数。表3闪光对焊机型号及技术参数焊机型号K-805K-830K-700-1管径(mm)3775303207201420壁厚(mm)161020焊接截面积(mm2)2200025000100000消耗动力(kV.A)3006001000生产率(焊口/h)8106868质量(kg)120001000025000管端清理机用于钢管管端焊前的处理，以去除管口附近的油污和锈层，保证焊接电极与钢管良好接触。焊缝打磨机的作用是清除焊缝内、外表面的飞边。对于大口径管道，管内焊缝打磨机与闪光对焊机连接在一起，当一道焊口完成后随着闪光焊机的前移完成焊缝内表面的打磨。管外焊缝打磨机清理焊缝外表面。发电机组为焊接设备提供动力。过程控制器实现整个焊接过程的程序化控制，可充分保证焊接质量的稳定性。4.2焊接工艺闪光对焊过程为：首先用管端清理机在管子内部或外部(视闪光对焊机而定)清理出足够的接触带，布管，用闪光对焊机对口，按程序自动焊接，焊缝冷却后用焊缝打磨机清除内、外飞边，当环境温度低于-40时还需进行焊后热处理。电阻闪光对接焊的工艺参数包括：伸出长度、闪光留量、闪光电流、顶锻电流、闪光速度、顶锻留量、顶锻速度、顶锻压力等。表4为闪光对焊的主要焊接工艺参数。 表4闪光对焊主要焊接工艺参数管径(mm)9201420壁厚(mm)141525钢材X60，X65X60，X65焊机型号K775K810闪光速度(mm/s)0.41.10.171.1闪光电压(V)7.56.07.57.5闪光留量(mm)4047顶锻留量(mm)89焊接时间(s)1402204.3焊接实例1980年，前苏联建设乌连戈依中央输气系统时，成功地在这六条输气管线上应用了闪光对焊技术和药芯焊丝自动焊技术，5年时间完成2万km。其中依靠自动焊完成了50%的焊接工作量。其中亚马尔管道是最大的干线，全长4451km，其施工难度之大、管径之大、里程之长、压气站之多及输量之大等均堪称世界之最，但建成投产仅用了14个月。对亚马尔管道施工中60km的焊接质量进行检查分析后认为，自动焊方法焊接的焊缝，其缺陷百分率仅为手工焊的52%。 5结论在国外管道自动化焊接已成为一项比较成熟的管道施工技术，其焊接质量、焊接效率、经济效益都明显优于手工焊。气体保护自动电弧焊技术开发较早，技术比较成熟，设备投资相对较小，且具有效率高，适合于流水作业，不需要清渣等优点。闪光对焊技术适合于焊接大口径管道，其焊接速度快，焊接质量高，环境适应能力强，对钢管坡口及对口错边量要求不高。但焊接设备庞大，针对性强，一次性投资大，焊接电源容量较大。隋永莉(中国石油天然气管道局焊接试验培训中心065000)孙冬梅(中国石油天然气管道局焊接试验培训中心065000)参考文献1，苏.扎依采夫等，李荣恩译.长输管道焊接安装工程手册.北京：石油出版社2，梁翕章等.世界著名管道工程.北京：石油工业出版社3，隋永莉.长输管线环缝全位置过程控制系统的研究.清华大学硕士学位论文4.火力发电厂高温高压管道上管座焊接摘要：在火力发电厂安装施工中，高温高压大径管道上接管座很多，选择合适的焊接材料、焊接工艺和热处理工艺，获得满意的焊接接头。 关键词：火力发电厂；异种钢焊接；焊后热处理 随着电力工业的迅速发展，到2005年底全国将拥有1000 MW及以上装机容量的火电厂超过120座，高参数、大容量、超临界压力和超临界火力发电机组的不断涌现，对电站焊接接头的质量要求也不断提高，增大蒸汽温度、压力则必然要求钢材有更高的高温强度，所以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，焊接技术又决定了材料的使用，所以焊接技术也要紧跟材料技术的发展不断发展提高。高温、高压管道与管座壁厚差别大，多数属于异种钢接头，与锅炉小径管道相比，汽机四大管道设计寿命要长的多，且汽机四大管道接头都是现场施工，焊接条件差，必须制定严格的焊接、热处理工艺，才能保证焊接质量。由于目前同径管接头焊接、热处理工艺已经很成熟，无损探伤也成熟，因此汽机四大管道上各类管座焊接质量的提高将会将管道整体焊接质量上升到更高水平，加之以前这方面的总结经验较少，通过这次活动，拿出比较好的经验出来。 表1 彭城电厂3号机组（300MW亚临界）汽机四大管道上各类管座统计 母管 支管 材质 接头类别 规格 数量 主汽 安全阀管座 A335P91 M 16849 2 安全阀 A335P91/WC6 M 16849 2 PCV阀管座 A335P91 M 16045 1 排汽管管座 A335P91 M 16045 1 热工压力 A335P91/12Cr1MoVG M 255 11 热工测温管座 A335P91/1Cr18Ni9Ti A 388 5 疏水管座 A335P91/12Cr1MoVG M DN40 2 轴封供汽管座 A335P91/12Cr1MoVG M DN40 1 蠕胀测点 A335P91/10CrMo910 M 16 32 热段 安全阀管座 A335P22 B 16834 2 安全阀 A335P22/WC6 B 16834 2 排汽管管座 A335P22 B 19434 1 热工压力 A335P22/1Cr18Ni9Ti A 255 5 热工测温管座 A335P22/1Cr18Ni9Ti A 388 5 疏水罐 A335P22/12Cr1MoVG B 2199 2 疏水管座 A335P22/12Cr1MoVG B DN40 1 蠕胀测点 A335P22/10CrMo910 B 16 32 给水 热工压力 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti A 255 5 热工测温管座 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti A 388 8 疏水放气管座 15NiCuMoNb5/20G B DN20/DN25 11 压力表管座 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti A 255 3 温度表管座 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti A 255 6 冷段 热工压力 A672B70/1Cr18Ni9Ti A 255 2 热工测温管座 A672B70/1Cr18Ni9Ti A 388 1 1 焊接性分析 表1中的接头主要是A类和M类异种钢接头。 2 焊接工艺分析 由于A类异种钢接头和M类异种钢接头，两侧钢种化学成分、金相组织、物理性能差别较大，焊接时必须选用合适的工艺才能获得满意的焊接接头，根据接头形式、规格选择焊接方法、焊接材料、焊接参数和热处理工艺。 2.1焊接方法 根据接头形式、管件规格选择焊接方法：主给水（15NiCuMoNb5）、主蒸汽（A335P91）、再热热段（A335P22）、再热冷段（A672B70CL32）上焊接热工压力取源管座采用氩弧焊，其它管座和焊口采用氩弧焊打底+电焊填充盖面焊接方法，主蒸汽（A335P91）上焊接各管座、安全阀氩弧焊打底和前两道电焊时，在管道内充氩气保护，防止根部氧化，采用小电流，薄焊层，多层多道焊接工艺，每层厚度不超过焊条直径。 2.2焊接材料的选择 焊接材料的选择是异种钢焊接的关键，考虑接头形式、管件规格、控制焊缝熔合比、焊后热处理和目前公司焊接工艺评定等因素，焊材选用见表2；由于目前没有A335P91/1Cr18Ni9Ti焊接工艺评定，结合热工仪表管安装要求，采用中间加套管措施进行过渡，在A335P91/1Cr18Ni9Ti之间加材质为12Cr1MoVG过渡套管，这样就成了A335P91/12Cr1MoVG和12Cr1MoVG/1Cr18Ni9Ti焊接，有相应的焊接工艺评定,焊接流程如下图1： 图1 主蒸汽管道（A335P91）上焊测温插座焊接流程 表2 异种钢接头焊材选用 母管 支管 材质 支管规格 数量 焊接材料 主蒸汽 安全阀 A335P91/WC6 16849 2 R40/R407 热工压力管座 A335P91/12Cr1MoVG 255 11 ER90S 热工测温管座 12Cr1MoV/1Cr18Ni9Ti 388 5 TGS-310 蠕胀测点 A335P91/10CrMo910 16 32 ENiCrFe-3 再热热段 安全阀 A335P22/WC6 16834 2 R30/R307 热工压力管座 A335P22/1Cr18Ni9Ti 255 5 TGS-310 热工测温管座 A335P22/1Cr18Ni9Ti 388 5 TGS-310/A307 疏水罐 A335P22/12Cr1MoVG 2199 2 R31/R317 蠕胀测点 A335P22/10CrMo910 16 32 ENiCrFe-3 主给水 热工压力管座 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti 255 5 TGS-310 热工测温管座 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti 388 8 TGS-310/A307 疏水放气管座 15NiCuMoNb5/20G DN25/DN20 11 ER80S/E9018-G 减温水、旁路 15NiCuMoNb5/20G 16822 3 ER80S/E9018-G 给水再循环、减温水 15NiCuMoNb5/20G 10814 4 ER80S/E9018-G 再热冷段 热工压力管座 A672B70/1Cr18Ni9Ti 255 2 TGS-310 热工测温管座 A672B70/1Cr18Ni9Ti 388 1 TGS-310/A307 注：热段蠕胀测点焊接，因考虑焊后不进行热处理，故选用镍基焊材。 2.3坡口形式 考虑管座氩弧焊打底质量，管座采用5060的V形坡口，母管则开与管座内径一样的孔，不再打坡口，如下图。母管开孔全部采用机械加工方法，严禁用火焰切割开孔，保证管座坡口和母管开孔处无裂纹、重皮、无油污锈蚀等。 图2 安全阀管座坡口加工图 2.4焊接工艺 管座及母管打磨符合规范要求，组对好并装配牢固，先用氩弧焊点固焊3点，焊接材料、焊接工艺和预热温度等均应与正式施焊相同，点固后要认真检查每个焊点质量，如有缺陷应立即清除，重新点固，对于壁厚大于25mm，管径大于160mm的管座我们采用两人对称施焊，并采用多层多道焊；施焊中，要注意焊接接头和收弧的质量，收弧时应填满熔池，多层多道焊的焊道接头应错开，管座和母管焊缝过渡要平滑，因为此处壁厚变化大，应力最为集中。 2.5热处理工艺 主蒸汽管道、再热热段管道、主给水管道上管座焊前预热，预热温度按主管要求，采用远红外电加热，加热范围如图3所示：焊接过程中层间温度不低于预热温度，主管材质为A335P91，层间温度不高于300，其他材质，层间温度不高于400。主蒸汽管道、再热热段管道上的蠕胀测点焊前按母管要求进行预热，由于采用镍基焊材，没有进行焊后高温回火处理，同一母管上焊接同类、同材质管座距离较近时（如热工压力取源管座），为避免同一段管道高温处理次数超过2次，争取一次焊完较近的管座，一次性高温回火处理完。 表3 各异种钢接头焊后热处理温度 材质 母管规格 支管规格 焊接材料 热处理温度 A335P91/WC6 16849 16849 ER90S/E9018-B9 750 A335P91/12Cr1MoVG 45542.5 255 ER90S 760 12Cr1MoVG/1Cr18Ni9Ti 45542.5 388 TGS-310 / A335P91/10CrMo910 45542.5 16 ENiCrFe-3 / A335P22/WC6 16834 16834 R30/R307 720750 A335P22/1Cr18Ni9Ti 747.542.5 255 TGS-310 / A335P22/1Cr18Ni9Ti 747.542.5 388 TGS-310/A307 / A335P22/12Cr1MoVG 56026 2199 R31/R317 720750 A335P22/10CrMo910 747.542.5 16 ENiCrFe-3 / 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti 355.626 255 TGS-310 / 15NiCuMoNb5/1Cr18Ni9Ti 355.626 388 TGS-310/A307 / 15NiCuMoNb5/20G 355.626 DN25/DN20 ER80S/E9018-G 590 图3安全阀管座预热、热处理加热片布置图 2.6管道布置要求 四大管道上的疏水管道和热工压力取源管布置要合理，设有U形膨胀弯，如图4，留有膨胀余量，防止机组启动、停机时，管道膨胀、收缩受限,造成管座根部应力集中过大，导致管座焊缝产生裂纹，最终发生泄露。 图4 U型膨胀弯设计 3 无损检验 焊前所有合金钢管件进行了光谱复核，防止管件材质有误。管座焊接并热处理完后，及时进行无损探伤，采用表面渗透探伤，防止表面有开口形缺陷，并进行了100%光谱复核，防止用错焊材，并对热处理后的焊缝做了100%硬度检验，没有超标的，全部符合规范要求。 4 结论 彭城电厂#3、#4机组四大管道上焊接的各管座质量优良，投产1年来，没有发生渗漏，为机组稳定运行创造了基础。高温高压管道上焊接各类管座，严格控制好焊材选择、坡口制备、焊接工艺和热处理工艺是可以获得满意焊缝接头的。 参考文献 1.焊接工艺评定规程DL/T868-2004 2.火力发电厂焊接技术规程DL/T869-2004 3.火力发电厂异种钢焊接技术规程DL/T 752-2001