TA2管子管板自动TIG焊工艺研究_高成龙.pdf

管子管板自动 焊工艺研究高成龙，王 萍，徐祥久，（哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨；高效清洁燃煤电站锅炉国家重点实验室（哈尔滨锅炉厂有限责任公司），黑龙江 哈尔滨）摘 要：采用自动 焊对 管子管板进行试验，通过焊前清理、焊接工装、坡口形式、焊接参数、焊接顺序、焊后无损检测、宏观检测及力学性能等试验，对焊接接头进行研究，结果表明：焊前使用无水乙醇对换热管与管板焊接区域及周围母材进行清理；焊接时使用大直径喷嘴进行保护，同时结合气体保护工装对换热管内部进行保护；采用 型坡口可保证焊接接头根部良好熔合；在保证根部充分熔合的情况下，使用小电流焊接参数进行焊接；焊接时在周围换热管内部插入冷却工装，采用跳焊的焊接方式进行焊接；通过上述措施可保证 管子管板焊接接头质量，可用于产品生产制造。关键词：；管子管板；自动 焊工艺中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；（），）：，；，；，：；收稿日期：作者简介：高成龙（），男，硕士研究生，工程师，主要从事电站锅炉、压力容器及核设备的焊接工艺研究工作。引言钛具有密度小、比强度高、耐腐蚀性优良等优点，使其广泛应用于石油化工、海水淡化、医疗器械、航空航天等行业。随着钛的应用日益广泛，针对钛制换热器中管子管板焊接技术的研究备受人们关注。李向华等人对 管子管板自熔焊焊接工艺进行研究，得出焊接时热输入应控制在 ，同时在焊前和焊接过程中应严格清理待焊区域，可有效避免产生气孔和裂纹缺陷。周力等人对 管子管板填丝焊和自熔焊进行对比研究，结果表明填丝焊接头的力学性能优于同等条件下自熔焊接头力学性能，同时相比自熔焊焊接接头，填丝焊焊接接头焊缝金相 第 期锅 炉 制 造 年 月 组织中马氏体（）相更细小。郭潇潇等人对钛管子管板焊接的气体保护措施进行研究，得出用跟随焊枪一起行走的辅助气体喷嘴代替传统气体保护罩，焊接接头保护效果良好，同时可提高焊接效率，降低生产成本。通过对焊前清理、焊接工装、坡口形式、焊接工艺参数、焊接顺序进行探讨，结合焊后对焊接接头进行表面着色检测、宏观检查、焊缝厚度及硬度检测，得出合适的焊接工艺，满足钛制换热器产品生产制造的需要。试验材料及设备 试验材料管板选用 复合板，换热管采用 无缝管，焊接材料选用焊丝，具体化学成分详见表。表 材料化学成分（质量分数）材料（换热管）其余（管板 层）其余（焊丝）其余 焊接设备本试验采用 全自动脉冲氩弧焊机进行焊接，焊接电源型号为 ，机头型号为。试验过程 焊前清理及定位焊前使用无水乙醇对管板（侧）表面、换热管及焊丝进行清洗，完全去除待焊区域及周围母材影响焊接的杂质及异物。采用点焊固定的方式进行定位，在换热管 点钟方向位置进行点焊，点焊工艺参数详见表。焊接工装由于 易氧化的特点，焊接时需使用大直径保护喷嘴进行氩气保护，以避免发生氧化，同时采用气体保护装置使换热管内部形成一定长度的氩气保护腔，用于焊接过程对换热管内壁保护，保证焊接接头的焊接质量。材质具有比热容大及热导率低的特点，焊接过程中，热量不易导出，焊接区域及周围母材温度较高，容易引起晶粒粗大，恶化材料性能，基于上述特点，本试验在相邻换热管内部插入冷却工装，加速导出焊接区域及周围母材的热量。焊接坡口形式分别采用 形及 形两种坡口形式进行试验，坡口详见图。首先对 型坡口采用方案一焊接参数进行试验，焊接参数如表 所示。焊后外观检查（）合格，表面检测（）无缺陷，但在焊缝根部出现未熔合现象，如图（）所示。其原因在于 形坡口根部空间狭小，焊接时液态 金属流动性较差，导致焊缝根部出现未熔合现象。为解决上述问题，通过方案二焊接参数（详见表）来改善焊图 焊接坡口图 型坡口焊接接头宏观形貌 第 期 高成龙，等：管子管板自动 焊工艺研究缝根部的熔合情况，再次进行试验，结果仍不理想，焊缝根部依旧存在未熔合现象，如图（）所示。因此得出通过增大焊接电流的方式不能解决焊缝根部熔合不良的问题。针对上述问题，对 型坡口分别采用两种方案焊接参数（详见表）进行试验。焊后外观检测（）合格，表面检测（）无缺陷，焊缝根部均熔合良好，如图 所示。图 型坡口焊接接头宏观形貌 综上，相比 型坡口，型坡口形式可保证焊缝根部良好熔合，同时为保证焊接接头性能，焊接时推荐使用方案一焊接参数。焊接工艺参数焊接工艺参数详见表，焊接过程中采用接触式测温仪对试件进行测温，保证试件最大层道间温度，钨极类型及直径 ，电流衰减时间 ，保护气体：，保护气体流量 （正面）及 （换热管内部），保护气体压力（正面）及（换热管内部），焊机提前通气时间 ，气体保护装置提前通气时间 ，延后停气时间 。焊接顺序为避免焊接热量过于集中，采用跳焊（如图 所示）的方式进行焊接，可有效控制试板温度，有利于保证焊接质量。图 焊接顺序表 焊接工艺参数层数焊接方法焊材规格 电源极性焊接电流 基值脉冲时间 基值脉冲电弧电压 焊接速度（）送丝速度（）点焊 （恒流）（方案一）（方案一）（方案二）（方案二）试验结果根据上述试验，型坡口焊接接头质量良好，因此下述各项试验仅针对 型坡口焊接接头进行。无损检测对焊接接头表面颜色进行目视检查（），均为银白色，无氧化色，同时对焊接接头进行表面着色检查（），没有发现表面气孔、裂纹及咬边等缺陷，详见图。图 焊接接头外观下转第 页锅 炉 制 造 总第 期(a)方案一焊接参数(b)方案二焊接参数 结论蒸汽过热器工艺制造技术精益改进的顺利实施结题，表明了通过一系列的精益工具，对蒸汽过热器的工艺流程进行大量优化，可以在保证产品质量的前提下大大的提升了加工制造效率，降低生产成本。通过一系列的改进优化，降低了产品生产成本，提高了产品交货及时率，巩固了公司在该产品领域的优势，也为在后续产品上进行精益改进积累了经验。参考文献 戴兴旺，刘牧，朱金花，等 高参数蒸汽过热器的设计与制造 化工机械，李金华，李世禧，陈燕舞，等 蒸汽过热器的制造技术难点 中国化工装备，张福君 蒸汽过热器设计改进措施和制造要求压力容器，魏伟，苏殿斌 薄壁大直径短筒体的制造 锅炉制造，上接第 页 宏观试样尺寸检查对焊接接头焊缝厚度进行检查，结果满足标准 中焊缝厚度大于 换热管壁厚的要求，如图 所示。图 焊接接头焊缝厚度 硬度试验使用 维式硬度计测试焊接接头硬度，载荷，加载时间，结果如图 所示。160165170175180图 焊接接头硬度值从图 可看出，焊接接头中各区域硬度值均在 之间，母材区域平均硬度值低于热影响区和焊缝区域的平均硬度值，其原因在于相比母材，受焊接热作用，热影响区晶粒粗大，焊缝区域在凝固过程中会不可避免的产生马氏体（）相，使得上述两区域平均硬度稍高于母材区域的平均硬度。结论）焊前清理：使用无水乙醇将换热管与管板焊接区域及周围母材进行清理。）焊接过程防护：使用大直径喷嘴进行保护，使用气体保护装置对换热管内部进行保护。）焊接坡口：相比 型坡口，型坡口可保证焊接接头根部良好熔合。）焊接参数：在保证根部充分熔合的情况下，使用小电流焊接参数进行焊接。）其它：焊接时在周围换热管内部插入冷却工装，同时采用跳焊的焊接方式，上述两种措施均有利于保证焊接质量。参考文献 郭靖 钛管钨极氩弧焊焊接工艺及可靠性研究 天津：天津大学，陈祝年 焊接工程师手册（第三版）北京：机械工业出版社，钱立钦，杨爱国 钛、锆复合板制管壳式换热器壳程设计和制造工艺 化工设备与管理，（）：李向华，邹力维，高磊，等 换热器管与管板自熔焊焊接工艺 焊接，（）：周力，邹力维，高磊，等 填丝焊和自熔焊在 管头与管板焊接中的比较 焊接，（）：郭潇潇，张莹莹，高磊 钛换热管与管板焊接的气体保护措施优化 辽宁石油化工大学学报，（）：第 期 程 龙，等：蒸汽过热器工艺制造技术精益改进