高压换热器管子管板自动脉冲钨极氩弧焊
责任编辑：chineselng 浏览：4033次 时间： 2008-04-05 18:16:22
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摘要:高压换热器管子管板自动脉冲钨极氩弧焊王天先徐红雷万庆(兰州兰石机械设备有限责任公司焊研所,甘肃兰州 730050)摘要:通过对高压换热器管子管板自动脉冲钨极氩弧焊的焊接特性、规范参数的确定、操作要领、影响熔深因素以及在生产实践中的应用等介绍,说明该焊接方法应..
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高压换热器管子管板自动脉冲钨极氩弧焊 王天先 徐红 雷万庆 (兰州兰石机械设备有限责任公司焊研所,甘肃兰州 730050) 摘要:通过对高压换热器管子 管板自动脉冲钨极氩弧焊的焊接特性、规范参数的确定、操作要领、影响熔深因素以及在生产实践中的应用等介绍,说明该焊接方法应用于高压换热器管子 管板全位置焊接是完全可行的。 关键词:换热管;管板;连接接头;自动脉冲钨极氩弧焊;焊接规范 中图分类号:ＴＧ444.74;ＴＱ051.3 文献标志码:Ｂ 管子 管板自动脉冲钨极氩弧焊不仅可以保证换热管与管板焊接连接接头具有足够的强度和良好的成型,同时也可以满足用户对产品质量提出的更高要求。文中对其焊接特性、焊接规范的确定、焊接操作技术、影响熔深的因素及焊接时的注意事项作一简单介绍,供同行参考。 1 脉冲钨极氩弧焊 1.1 焊接特性[1] (1)氩气特性 氩气不易电离,故引弧时要求较高的电弧电压,而该设备通过高频引弧使气隙击穿而引燃电弧。氩气的热容量和导热系数小,弧柱区容易保持在高温状态,故电弧一旦引燃便能在较低的电压下稳定燃烧。 (2)焊接电源种类和极性 直流反接时,工件接负极,钨极接正极。阴极斑点在熔池附近及工件表面的活动范围大,散热强,电子发射能力减弱,电弧稳定性较差。同时钨极发热量大,使钨极烧损严重,所以许用电流小。直流正接时,工件接正极,钨极接负极。阴极斑点在钨极上比较稳定,电子发射能力强,电弧稳定,可用较大的许用电流,钨极烧损小。因此,高压换热器管子 管板自动脉冲钨极氩弧焊时采用直流正接。 (3)焊接特点 ①采用了较高的而持续时间又较短的脉冲电流(又称峰值电流)和较小的基值电流(又称维弧电流),故可使平均焊接电流值保持在较低的水平。②在不增大焊接热输入量的条件下,高的脉冲电流可以增加熔深,使母材充分熔化,改善熔透情况。③调整基值电流的大小和基值时间则可以控制熔融金属的表面张力和凝固速度。④采用脉冲电弧还可以增加电弧的轴向稳定性,加强对熔池的搅拌作用,有利于管子 管板的全位置焊接和改善焊缝的结晶组织,并有利于消除气孔。⑤由于平均焊接电流小,故焊接热输入量较小,熔池尺寸小,热影响区窄。因此,适用于管子 管板全位置焊接。 1.2 脉冲钨极氩弧焊管子 管板焊机 1.2.1 功能介绍 (1)焊机组成 主要由ＥＷＡ306全位置程控自动管焊电源、ＰＴ80管板全自动ＴＩＧ焊接机头和ＣＯＯＬ70Ｕ40冷却水箱组成。 (2)适用范围 适用于一般管板形式的自动化焊接,可焊接碳钢、不锈钢等各种管子 管板接头型式(包括平齐端接、伸出角接、内缩角接和内孔对接)。管子直径为Φ16～Φ80ｍｍ,可选择填丝或自熔两种方式。 (3)自动调节弧长功能 该焊机配置的自动弧长控制装置,可以通过电弧电压信号反馈原理自动校正电弧电压,以保持钨极与焊面的稳定间距来达到自动调节弧长的目的。同时还可以关闭自动弧长控制功能,通过该装置上的手轮来手动调节弧长,并通过ＲＴＣ01线控器进行模拟焊接、程序号选择、送丝选择、送丝速度的调节、焊接衰减、焊接电流以及焊接速度的调节等。 (4)焊接参数的预置 可通过控制面板进行不同焊接参数的预置,可存储50个程序,并可分区设置不同焊接位置的参数,以避免上、下坡位置时产生焊接缺陷。 1.2.2 主要技术参数 该焊机主要技术参数如下:主配电源为ＥＷＡ306型全位置程控电源,焊枪的旋转速度为0.3～6ｒ/ｍｉｎ,弧长调节间距为20ｍｍ,焊炬倾斜角度为-15°～25°可调(标准位置-15°、-5°、0°、5°、15°、25°可重复定位),机头代码Ｒ为28,特别系数Ｃ为48.5,最大焊接电流为300Ａ,最大送丝速度为180ｍｍ/ｍｉｎ,焊丝直径为Φ0.8ｍｍ(可选Φ1.0ｍｍ)焊接保护气体为氩气(质量分数为99.99%),冷却方式为水冷(冷却水流量不小于450ｍＬ/ｍｉｎ)。枪头角度-15°时,可焊管子直径为Φ25～ Φ80ｍｍ(内缩角接);枪头角度0°时,可焊管子直径为Φ16～ Φ80ｍｍ(平齐端接);枪头角度15°时,可焊管子直径为Φ16～ Φ80ｍｍ(伸出角接);枪头角度25°时,可焊管子直径为Φ16～ Φ54ｍｍ(伸出角接)。 2 高压换热器管子与管板接头型式 高压换热器对密封性要求较高,且大多使用在承受振动、疲劳载荷及有间隙腐蚀等场合。按照文献[3]中附录Ｂ的要求,所有受检查剖面角接接头的Ｈ值不得小于管壁厚度的1.4倍。因此,该种换热器换热管与管板的连接常采用强度焊+贴胀的连接方式[2,3]。 3 焊接规范参数的确定 3.1 峰值电流和峰值时间 高的峰值电流和低的基值电流相配合,既可获得较大的熔深而又保持较小的焊接线能量,熔池体积小,熔滴过渡和熔池金属的加热是间歇性的,故不易发生淌流。高的峰值电流还可以增加熔滴的过渡力,在管子 管板全位置焊接时都能迫使金属熔滴沿着电弧轴向过渡。峰值时间短对熔池金属有一定的振动搅拌作用,可改善熔池的结晶组织,并有利于排除气孔。 经过大量的焊接试验得出Φ19ｍｍ×2ｍｍ、Φ19ｍｍ×2.5ｍｍ不锈钢管子焊接时的峰值电流为130～180Ａ,峰值时间为0.2ｓ。 3.2 基值电流和基值时间 基值电流的大小反映了焊接电流的波动值,起着维持电弧稳定燃烧的作用,并直接影响熔池金属的冷却和结晶。基值电流的主要作用是在峰值电流间断期间,维持焊丝与焊接熔池之间的电离状态,保证脉冲电弧复燃稳定。同时预热母材和焊丝,使焊丝端部有一定的熔化量,为脉冲期间熔滴过渡作准备,并可用来调节电弧功率和焊接线能量。基值时间与脉冲特点有很大的关系,若基值时间过长,脉冲焊的特点就不明显。甚至在脉冲停歇期间也有熔滴过渡,使熔滴过渡失去可控性。基值时间过短,在脉冲电流停歇期间,焊丝的熔化量不足,熔滴过渡也往往是无规律的,同时电弧引燃也较困难。 通过试验确定Φ19ｍｍ×2.0ｍｍ、Φ19ｍｍ×2.5ｍｍ不锈钢管子焊接时,基值电流为45～65Ａ,基值时间为0.2ｓ。 3.3 脉冲频率 脉冲频率是通过改变峰值电流和基值电流的持续时间来进行调节的。如果送丝速度增大,则需要选择较高的脉冲频率,反之脉冲频率得低一些。对于一定的送丝速度,脉冲频率增加,熔滴较细;脉冲频率降低,则熔滴较粗。脉冲频率过低,脉冲之间的间歇时间较长,可造成焊缝周围与管板金属熔合不良等缺陷。当提高焊接速度(旋转速度)时,必须增加脉冲频率,否则两点之间的间隙大,影响管板焊接接头质量与成型。脉冲频率还影响着焊缝的熔深,脉冲频率高,熔深也较大,所以焊接较厚管壁时,应相应增大脉冲频率。 3.4 钨极直径和形状 一般应根据焊接电流和钨极的许用电流选择钨极直径,焊接电流不得超过钨极的许用电流,否则会使钨极因过热而熔化、蒸发,造成电弧不稳定并引起焊缝夹钨。该焊机所用钨极直径一般为2.4ｍｍ。钨极端部应磨成锥形,锥顶应磨成具有一定直径的平行台,锥度及平台直径随着钨极直径的增大而增大,该焊枪钨极平台直径为0.5ｍｍ。具有锥顶平台的钨极,焊接时电弧稳定,能量集中,钨极端头不易熔化烧损。 3.5 送丝速度 在一定的送丝速度下,当增加峰值电流时,应相应减小基值电流值,反之则增加基值电流值。这是因为等速送丝时,为使弧长不变及规范稳定,焊丝的熔化速度必须等于送丝速度。焊丝的熔化速度由峰值电流与基值电流值叠加而成的总焊接电流所决定。显然,要满足焊丝熔化速度等于送丝速度,总的电流值应维持不便。送丝速度太快,使弧长压得太短,焊丝与工件间易短路并粘丝;若送丝速度过慢,会使电弧拉长而烧损管口或断弧。送丝速度的大小应根据管子壁厚、峰值电流和基值电流的大小来确定。 3.6 焊接速度(旋转速度) 如果焊接速度过快,灼热的焊接区可能来不及冷却就脱离保护区而被氧化,而且空气对保护气流的侧向压迫也增大,使氩气保护效果变差,并易造成未熔合和未焊透等缺陷。焊速过慢,易使焊接接头过热,并易使管头烧损,影响焊缝成型及接头质量。焊接速度一般为60ｍｍ/ｍｉｎ。 3.7 氩气流量 气体流量增大,可增加气流挺度,提高抗外界干扰的能力,但流量过大,保护层气体会产生不规则的流动,使电弧不稳定,甚至破坏保护层气流而将空气卷入电弧区。气体流量的选择,通常以使保护气流产生层流时的最大气体流量为准。 3.8 电弧电压 电弧电压增大,熔宽稍有增加,熔深减小。若电弧电压过大,易烧损管头形成未焊透,并影响气体保护效果;电弧电压过低,易造成焊缝凸起、短路、产生未熔合等缺陷。通常在使电弧不短路的情况下,尽量减小电弧长度进行焊接,这样电弧较稳定,熔深也增加,并不易烧损管头。电弧电压一般为9～12Ｖ。 3.9 钨极伸出喷嘴长度 钨极伸出喷嘴长度一般为7～12ｍｍ。若伸出长度过短,无法起弧,若伸出长度过长,影响氩气保护效果,使焊缝起皱,表面出现黑影,并易烧损钨极和浪费气体。 4 焊接操作要领 焊接开始前根据管子直径选择相应的芯杆定位器插入管子内,按照焊接工艺指导书在控制面板上进行参数设置或进行程序号选择。该设备通过预送气和滞后断气对焊接区域、焊缝、钨极以及焊丝端头进行保护。又通过预熔电流和预熔时间对母材、焊丝端部进行预热,使焊丝端部有一定的熔化量,为脉冲期间熔滴过渡作准备。焊接前应调整焊丝、钨极的角度及距离,这一点对管头焊接能否焊好至关重要。一般钨极离管壁为2ｍｍ,焊丝离钨极前端和下方各2ｍｍ。可通过手动送丝和滑杆上下按钮进行预演。焊丝要平直,如果过于扭曲,会使送丝不稳,并造成焊丝伸出长度的变化,影响熔池尺寸的控制以及扰乱气流和接触钨极,影响气体保护效果和污染钨极。引弧位置一般选在时钟11点位置,该焊机可通过高频引弧圈引弧,使钨极与工件间保持一定间隙,不会损伤钨极尖端和引起焊缝夹钨。通常电流开始衰减位置在367°,电流衰减时间为2ｓ,停止送丝位置在364°,焊丝回抽时间为0.2ｓ,但焊丝不能脱离氩气保护区,以免焊丝端部被氧化。可通过电流衰减机构自行断弧,使弧坑填满,且收弧区处于氩气保护区,以避免产生裂纹和气孔。 5 熔深Ｈ影响因素 5.1 影响Ｈ值增加的因素 按文献[3]中附录Ｂ要求,所有受检查剖面角接接头的熔深Ｈ值不得小于管壁厚度的1.4倍。因此,Ｈ值是保证高压换热器管头焊接质量的重要因素。为保证其质量,有必要对增加熔深的影响因素做一说明[1,3]。 (1)增加焊接电流,减慢焊接速度,使电弧长度变短,均能达到增加熔深的目的。 (2)由于奥氏体钢导热系数和导温系数都小,在同样焊接条件下,其熔深要比铁素体、珠光体类结构钢小20%～30%。 (3)热源的能量大多是通过液态金属层而传递给固态金属,液态金属层越厚,能量的损失就越大。对上坡焊,液体从电弧底下流开,熔深提高。 (4)热流密度提高有利于熔化区深度的增加。 (5)距离中心越近,熔深越浅。这是由于尽管转速不变,但是线速度加快,线能量减小而引起熔深下降。 (6)上坡焊熔深逐渐增加,下坡焊熔深减小。在同样的规范条件下,上坡焊时液态金属由于重力作用而下垂,使脉冲电弧能更好地接近母材表面,熔深增加。而且电弧离孔的距离近,不锈钢导热差,随着焊接过程的进行,母材温度在逐渐上升,这也使熔深略有增加。下坡焊时,液态金属下垂,使电弧不能很好地接近母材表面,熔深下降。 (7)在同样的工艺及规范下,喷嘴与管子轴线之间的角度和钨棒离工件距离越小,熔深越大。因为喷嘴角度越小,电弧中心与母材的相对位置越好,能量散失少,熔深增加。钨棒离工件距离短,能量集中,熔深也增加。如果喷嘴角度为0,则厚的管板熔化少,影响接头性能。钨棒离工件距离太小容易被粘住。一般喷嘴与管子轴线之间的角度为10°～15°,钨棒离工件1.5～2ｍｍ。 (8)焊接热输入量增加,熔深增大。但不能无限制地增大焊接热输入量来增加熔深,因焊接热输入量过大,易使晶粒粗大脆化,抗热裂性差,耐腐蚀性变差。 (9)在同样的规范及工艺下,脉冲间隙小可使脉冲电弧更好地接近母材表面,脉冲电弧能将液态金属迅速排开,故熔深可以提高。尤其在较大线能量时,液态金属较多,脉冲间隙小才能将其排开,这时的脉冲间隙对熔深的影响较为突出。不锈钢粘度大,如脉冲间隙大,难以使液态金属排开,导致熔深增加困难。 (10)在全位置脉冲焊中,0Ｃｒ18Ｎｉ9Ｔｉ密度、粘度较大,导热性差,在同样线能量下,液态金属下垂较多,阻止电弧很好接近待熔表面,使脉冲电弧难深入母材内部,从而使熔深变浅。 6 结语 为了更好地保证管子 管板连接接头质量,在焊接时还需要注意以下事项:①管子、管板表面要干净,不能有油锈、污物。管口要平整、无毛刺,且伸出管板长度一致为4～5ｍｍ,不能过短或过长。②焊接参数设置确定后,要锁定程序锁,以免他人修改参数,造成不必要的麻烦。③要随时注意气和冷却水的畅通,水不足时要加足(最好是蒸馏水)。④焊接时出现故障,应按紧急按钮,检查修理后再进行焊接。⑤焊接时若出现未熔合以及没有焊好的焊缝,可以从没有焊好处重新补焊,到达焊好位置时,按电流衰减开关断弧。⑥也可以进行不填丝焊,把送丝开关打向关,其余程序不变。⑦电源极性为直流正接。⑧装焊丝时,焊丝端部应磨圆滑,以免焊丝刺破送丝软管。到目前为止,采用上述管子 管板的焊接接头工艺,已经先后完成了60多台碳钢、不锈钢等换热器管板与管子接头的自动焊焊接,其水压试验无一发生泄漏。 参考文献: [1] 陈大雄.管子管板的自动焊接[Ｊ].炼油化工机械,1984,13(2):31 37. [2] 陈永宁.管子 管板先焊后胀工艺性能比较[Ｊ].压力容器,1986,3(1):40 45. [3] ＧＢ151-1999,管壳式换热器[Ｓ].(许编) |
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