摘要：火力发电厂锅炉受热面管子安装焊口，焊接时障碍物较多，视线不好，且安装过程中处于室外，受环境影响因素较大，本文针以300 MW机组安装为例，针对焊接过程中出现的各种缺陷总结分析，找出易产生缺陷原因，加以预防。
关键词：火力发电厂锅炉；受热面管子；焊口焊接；缺陷产生；防止
我们知道在大型火力发电厂锅炉安装中焊接工作量非常大，300 MW机组为例，锅炉的受热面管子安装焊口约为2 万个之多。由此可知，焊接质量是锅炉安装工程的重中之重，直接关系到锅炉能否安全运行。氩弧焊封底时膜式水冷壁焊口的未焊透、手工焊盖面时省煤器（φ42 mm×5 mm）、过热器（φ51 mm×8 mm）等小口径管焊口起弧和收弧处的气孔是电站锅炉安装中容易产生的焊接缺陷。笔者结合多年焊接实践并查阅有关资料，就上述焊接缺陷的产生和防止提出以下观点，以与同行商榷。
1焊口打底焊道未焊透缺陷产生原因
火力发电厂锅炉膜式水冷壁一般是用规格为φ60 mm×5 mm或φ51 mm×5 mm的鳍片管组焊而成的大片，在安装施工中一般先在现场地面水平预制组焊成整体，再吊装就位。预制采用手工钨极氩弧焊封底加手弧焊盖面的工艺进行。焊缝经X射线探伤检查一次合格率比较高，但在所发现的焊接缺陷中，有相当一部分未焊透缺陷。经研究分析，产生未焊透的原因是多方面的，当焊工技能、焊接参数等能够满足焊接质量要求时，产生此缺陷的主要原因有以下几方面：
（1）膜式水冷壁管屏工地进行管子对接安装，由于窄间隙有障碍操作极容易在3点、9点处位置产生未焊透缺陷。
（2）管子周围壁厚不等。组对每片水冷壁时，先将距焊口约50 mm 处的鳍片用气割切去。在割去鳍片处沿管周弧长约12 mm的范围内，管壁比其它处厚1.5～2 mm。再加上此处（焊口3点和9点处）焊接时受两侧管的障碍，如果在焊接参数相同的情况下，不采取相应措施，极易在此处出现未焊透缺陷。
（3）组对间隙不一致，锅炉制造厂提供的膜式水冷壁半成品件是由多根管子组焊成一片。在工地进行片与片组装时，就要同时组对多个焊口，然而使组对间隙相同非常困难。另外，多个焊口不可能同时焊接，当焊完一部分焊口，其余尚未焊的焊口间隙就会缩小，甚至为零。这些焊口在施焊中很容易出现未焊透缺陷。
（4）强力组对出现的错口。由于半成品水冷壁在制造、长途运输和存放过程中会产生一定的变形，在现场地面水平预制时，多个焊口就有可能不在一条水平线上，也就是说产生焊口组对不平齐的现象。此时若采取强力组对，被强行组对的管子在TIG打底焊热源的作用下，有可能复原产生错口。如果此时正好由于上述（2）的原因使对口间隙趋于零时，就会导致单侧或双侧未焊透现象。
2未焊透的防止措施
（1）每片半成品水冷壁组对前，应认真校验焊口平齐情况，对于较轻微的变形可采用火焰矫正或机械方法矫形后再组对。有的（焊有销钉的鳍片管）变形太大，整体矫形困难大的可先将制造厂所焊鳍片间的连结焊缝割开，其割缝长度根据变形程度及应力大小而定，一般不超过1 500 mm，然后再单根管矫形。待整片水冷壁组焊完后，再将割开的鳍片焊缝采用分段退焊法重新焊好。
（2）严格控制多个焊口组对的最小间隙和最大间隙，使其中最小组对间隙能满足焊接质量要求；最大组对间隙不超过5 mm。施焊时，采取先焊间隙较小的焊口，后焊间隙大的焊口。这样既能避免产生未焊透，还有助于减少焊接应力和变形，同时可减少焊口焊接工作量。
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（3）对于每片最后焊的焊口间隙过小而不易保证焊接质量时，可使用端部修磨较尖锐的钨极施焊，以使电弧集中，易于焊缝根部熔透。
（4）改变原来在下面施焊焊工的操作方式，把添加焊丝的工作改由上面的焊工进行。这样，下面的焊工可以集中精力操作焊枪，将电弧始终准确地对准焊缝根部，以确保熔透。为了保证焊丝能够准确地加入熔池，先将焊丝端部按管子直径弯曲，由上面的焊工手持焊丝并将焊丝上提，使其紧贴坡口间隙，然后由下面的焊工引燃电弧将坡口钝边和焊丝同时熔化形成封底焊缝。如此焊出的封底焊缝不仅能实现单面焊双面成形，而且还可以保证焊缝背面的余高不超标，满足水冷壁管内通球的要求。同时可提高焊缝一次合格率和封底效率，并节约焊丝。
（5）当焊至鳍片部位时（焊口3点和9点处），因此处受管间距限制，除最好使用端部修磨较尖锐的钨极施焊，增大焊枪可达性外，关键应适当降低焊速，增加电弧在此处的停留时间，待熔池尺寸与其它部位相等，熔融金属成“渗入”状态时再前移。同时下面的焊工尽量向上多焊一段，为焊缝接头创造条件。焊后可用手电筒从尚未焊的坡口间隙向管内照明观察已焊部位的熔透情况，发现问题及时处理。需指出的是，当采用尖锐的钨极施焊且现场风大时，必须采取防风措施，避免产生气孔缺陷。
3小口径管手工焊盖面引弧和收弧时气孔的产生原因
气孔产生的因素是多方面的。当施工现场焊前准备工作相当充分合格，已严格做到：①严格遵守焊接参数并保持稳定；②电流的极性及其种类影响不大；③焊件坡口符合要求且清理干净，使用的低氢型焊条严格烘培，并放在保温筒内，随用随取；④焊工质量意识强；⑤具有严密的防风防雨措施；⑥X射线检验结果气孔也非氩弧焊所致时，气孔的产生往往是由于引弧和收弧不当引起的。我们知道气泡上浮速度与熔池金属粘度成反比，对于小口径焊口来说，起弧点（除了冶金过程产生的气体外，还有药皮保护效果差，易混入气体）温度较低，冷却快。又由于坡口小，焊速快，收弧点输入热量相对较少，同样冷却快。于是熔池金属的粘度急剧增加，使气泡上浮速度大大减小，因而焊缝中的气泡来不及逸出而残存在内部形成气孔。综上所述，起弧收弧点产生气孔的主要原因是由于熔池冷却快，气体在熔池中来不及逸出。因此，根据现场的客观条件采取对策。
4气孔防止措施
4.1热引弧法
在引燃电弧的1～2 s内，使加热电流Ih是恒定电流I的1.5～2倍，以便易于激发电弧，迅速建立气体保护，阻止外界气体混入。同时使母材中输入热量增大，熔池冷却速度减慢，金属粘度缓慢增加而利于气体逸出，这种热引弧法对减少起弧处的气孔特别有效，但它需要人配合，在引弧时调节电流，可见热引弧法具有其局限性。
4.2采取特殊工艺措施
起弧收弧时采取适当的运条方法，在正仰焊稍远处起弧，而后拉回正仰焊（或者说沿接头稍远处起弧，而后拉回接头处）。这样可以使起弧点由于碳酸钙（使用的都是低氢型焊条）分解形成的CO2保护不够充分，混入的其它气体重新逸出而避免产生气孔。收弧时，电弧超过正平焊，而后拉回，使正平焊（或说接头处）的熔池和输入热增大，冷却速度减慢，气体易逸出而减少气孔。对于排管的立焊部位及其横焊侧面的接头处均可采取相似措施。
5实践结果
采取上述措施后，焊口一次无损检验合格率达98.5%以上，焊接缺陷得到有效的控制，收到了较好的效果。
参考资料：
[1]《焊工技师手册》刘云龙主编，机械工业出版社
[2]《工程焊接冶金学》，杜则裕主编
[3]《金属结构的电弧焊，奚道岩主编
[4]《焊接质量管理与检验》，王立君主编
论文作者:罗艳波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第31期
论文发表时间:2018/12/18
标签：气孔论文; 熔池论文; 间隙论文; 缺陷论文; 焊工论文; 水冷论文; 电弧论文; 《基层建设》2018年第31期论文;