锅炉管板半自动TIG焊焊接工艺_马琦.pdf

2023年 第3期 热加工62焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g锅炉管板半自动TIG焊焊接工艺马琦1，索选轩1，沈华西1，欧先印1，余细平21.江西省锅炉压力容器检验检测研究院九江分院 江西九江 3320002.九江海天设备制造有限公司 江西九江 332000摘要：介绍了一种采用半自动TIG焊机焊接船用锅炉管板的焊接工艺，通过此种焊接工艺方法能获得高质量的焊接接头，并且能极大地提高管板的焊接效率。关键词：船用锅炉；锅炉管板焊接；半自动TIG焊1 序言九江海天设备制造有限公司制造的某型船用锅炉为管板结构，其中炉管与管板的焊接接头高达四五千个，其焊接质量直接影响锅炉的使用安全，焊接效率直接影响产品的制造周期，因此管板处的焊接在整个生产周期中极其重要。若采用焊条电弧焊焊接，则焊缝外观质量差，且热输入高，熔深大，极易烧穿炉管。手工氩弧焊虽然焊缝成形好，但效率极低，不能满足规模化生产需求。而半自动化TIG焊具有焊缝成形美观、焊接缺陷少、可靠性强，以及生产效率高等优点，可弥补上述两种方法的不足，因此开发此种焊接工艺十分重要。2 管板结构及质量要求锅炉管板管孔分布如图1所示，炉管与管板焊接接头如图2所示。管板材质为Q345R，厚度24mm，炉管材质为410G，公称直径为51mm3.5mm。图样要求炉管伸出长度L5mm，焊脚高为5mm。制造采用先胀后焊的工艺，并且焊接位置为全位置水平固定焊。要求焊缝外观达到中国船级社材料与焊接规范要求，且按NB/T 47013.52015承压设备无损检测 第5部分：渗透检测1进行着色检测，级合格。3 焊接工艺试验3.1 焊前准备根据管板角焊缝的设计及焊脚高的要求，焊丝选用ER50-6、1.0mm，并按GB/T 81102020熔化极气体保护电弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝2复验符合要求。钨极氩弧焊的抗气孔能图1炉管管板管孔分布图2炉管与管板焊接接头2023年 第3期 热加工63焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g力弱，因此焊前焊件清理尤为重要，在焊前应将管板内孔、炉管管头及管板表面的铁锈、油污及氧化皮等清理干净，必要时用丙酮清洗，以保证焊缝质量。3.2 焊接方法及设备 采用半自动TIG焊进行焊接。焊机型号MWA-315，机头型号MWP-80，焊接电源采用MWA-315，焊接过程采用计算机编程控制，通过调节脉冲实现对基值电流与时间、峰值电流与时间、焊接速度、送丝速度、弧长电压及摆动功能等参数进行精细控制。整个焊接过程可分为两步：第一步为焊机机头的定位固定；第二步为实施焊接（见图3）。两个步骤的准确实施才能使整个焊接过程稳定，焊缝成形均匀美观。靠地固定在工件上，解决了焊枪主轴与炉管的偏心问题。3.4 焊接参数 脉冲焊机由基值电流和峰值电流组成，基值电流很小，仅能维护电弧不熄灭，峰值电流较大，起到熔化焊丝、母材的作用，如果电弧电压保持恒定，采用不同的峰值电流和峰值持续时间的匹配组合，同时合理选用通过脉冲幅比、脉冲宽比、脉冲频率，可获得不同的熔深和熔宽，即可在一定范围内调节焊缝成形尺寸3。但是，当采用同一组参数进行全位置焊接过程中，由于焊接位置的不断变化，会出现焊缝厚度不一致的现象，其原因是熔化的熔池在方向变化的电弧吹力、恒定的重力及变化的承载力的合力作用下，不断改变外部形态，因此需根据不同焊接位置确定焊接电流、电弧电压及焊接速度的匹配关系。为了弥补这种差异，试验中将各种焊接位置分区域划分（见图8），进行分区焊接，实现焊接过程中焊接参数动态变化，在保证上坡焊焊缝厚度的前提下，尽可能增加下坡焊时的焊缝厚度。经过反复试验，焊接参数改变前后焊接效果如图9、图10所示，最终确认出适合的焊接参数，见表1、表2。图3焊接示意图451mm3.5mm铜胀头改装前 图651mm3.5mm胀芯改装前图551mm3.5mm铜胀头改装后图751mm3.5mm胀芯改装后3.3 机头定位焊前焊接机头的准确可靠固定是实现稳定焊接的前提。由于焊前炉管进行了预胀，每个炉管内径大小有所偏差，且炉管胀接部位与未能胀接部位直径大小也不同，因此原机头的圆柱形定位台与胀芯难以将焊枪牢固地固定在工件上，导致焊枪主轴中心与炉管中心同轴度很差，焊缝容易偏侧及管头容易烧穿。经过反复试验改进，将圆柱形定位台改装成圆锥形定位台，如图4、图5所示；将胀芯改装成大小头形式，如图6、图7所示。最终保证了焊枪可2023年 第3期 热加工64焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g3.5 焊接接头检测 焊接试件按中国船级社材料与焊接规范第3篇中7.5.3“受压壳体焊缝表面应均匀、致密，不应有裂纹、焊瘤、气孔、夹渣、咬边、弧坑和未填满等缺陷”以及NB/T 47013.52015级进行验收，经外观检测、无损检测全部合格。4 产品验证工艺试验确定的焊接工艺用于锅炉炉管焊接验证，焊缝成形如图11所示。焊接接头外观检查焊缝图11焊缝成形表1不同焊接区域焊接参数焊层1区2区3区4区峰值电流大小/A停留时间/s大小/A停留时间/s大小/A停留时间/s大小/A停留时间/s打底层1900.41900.41890.41890.4盖面层1980.41980.41960.41960.4图8焊接区域划分示意图10焊接参数调整后效果 图9焊接参数调整前效果表面无裂纹、焊瘤、气孔、夹渣、咬边、弧坑和未填满等缺陷，达到中国船级社材料与焊接规范要求，按NB/T 47013.52015进行着色检测，级合格。5 结束语本文通过分析胀接用胀芯形式、胀头形式、焊接参数对焊缝成形的影响，经过试验验证，最终得到一种满意的锅炉管板半自动化TIG焊接工艺，并得出以下结论。1）采用半自动TIG焊，焊缝外观成形美观，焊接缺陷发生率低，焊接质量得到有效保障。2）带有一定锥度的胀芯、胀头的结构形式能准确、牢固地固定焊接机头，保证同心度。3）半自动TIG焊采用动态焊接参数时，在全位置焊接下能保证整条焊缝的成形质量。焊层1区2区3区4区电弧电压/V打底层12.812.612.512.6盖面层11.611.611.511.5表2不同焊接区域通用焊接参数焊层焊接速度/（mm/min）送丝速度/（mm/min）横摆摆幅/(mm)横摆速度/（mm/min）横摆左停留时间/s横摆右停留时间/s基值电流大小/A停留时间/s打底层9014000000650.1盖面层6514001.75.00.50.8650.12023年 第3期 热加工65焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g焊工资格评定中理化试验常用国内外标准的分析与应用王晓璇海洋石油工程股份有限公司 山东青岛 266520摘要：焊工资格评定是钢结构生产加工中的重要环节，国际权威焊接机构的相关标准都对焊工资格评定做了大篇幅规定，这些标准规定大同小异。分析和总结了这些标准对于焊工资格评定理化试验要求之间的异同，从而促进各种标准在焊工资质取证理化试验工作中能更高效地应用和实施。关键词：标准；理化试验；焊工考试1 序言世界权威焊接机构发布的常用焊接标准中有3个标准经常运用，版本分别为：中国船级社（CCS）发布的材料与焊接规范：2006(在本文中简称为CCS标准)、美国焊接学会（AWS）发布的AWS D1.1/AWS D1.1M钢结构焊接规范：2006（在本文中简称为AWS标准）和美国机械工程师协会（ASME）发布的锅炉及压力容器规范第IX卷焊接和钎接评定：2017（焊接和钎接工艺，焊工、钎接工、焊机和钎机操作工的评定标准）（在本文中简称为ASME标准）。在焊工资格评定理化试验中，常见的有：弯曲试验、宏观腐蚀试验、角焊缝破断试验及金相检测等，现分析和比较最常用的前3种试验，分别在取样方法、试样尺寸、试验过程等几个方面，得出这3种标准的异同，以便这些标准在焊工资格评定工作中能更高效、更便捷地运用。2 弯曲试验弯曲试验是焊工资格评定中数量较多、较常用的力学性能试验，且是一种成熟、有效的判定焊工实际焊接水平的力学性能试验。各大标准的要求也较类似，细节的要求有所区别，现就这3个标准的异同进行对比。2.1 CCS标准 对弯曲试件尺寸的要求，CCS标准和其他标准的要求比较类似。CCS标准在正弯和反弯试样的尺寸选择上，对铝合金试样做了进一步的详细规定，这是与其他标准规定不同的地方。弯曲试样厚度应为母材厚度，当试验材料的厚度25mm时，弯曲试样的厚度可以减薄至25mm。对于铝合金来说，弯曲试样的厚度可取母材的全厚度。对于板试样来说宽度为30mm，管试样宽度为试样厚度加0.1倍的管试样外径，因此应为1030mm1。同时，对于板试验的尺寸要求也与其他标准不同，试样的规定宽度为30mm。通常，可根据试验材料的强度选择压头直径。当材料强度400MPa时，压头直径为4倍试样厚度。试验材料强度为400500MPa时，压头直径为5倍试样厚度。当试验材料强度为500690MPa时，压头直径为6倍试样厚度。对于一部分的铝合金材料，压头直径可取6倍试样厚度。其余大部分铝合金参考文献：1 全国锅炉压力容器标准化委员会承压设备无损检测 第5部分：渗透检测：NB/T 47013.52015S北京：机械工业出版社，2015.2 全国焊接标准化技术委员会熔化极气体保护电弧焊用非合金钢及细晶粒钢实心焊丝：GB/T 81102020S北京：中国标准出版社，2020.3 中国机械工程学会焊接学会焊接手册M3版.北京：机械工业出版社，2015.20221109