水冷壁氩弧焊产生气孔的原因及防止论文_李志农,许再龙 唐双南

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0慨述

巴陵石化热电事业部使用的锅炉是WGZ130-9.8/541-I型,工作压力为9.81Mpa的高压锅炉。水冷壁材质为20g钢,型号为Φ60×5mm。在本次检修中共有60根水冷璧更换,焊口120个,要求100%X射线探伤,相当于GB3323-82标准I级片合格。但在现场施焊过程中,焊口加强筋部位经常出现密集性气孔,即其焊缝位置,一次探伤合格里仅50%左右,经多次分析,攻关实验,找出了主要原因是检修条件的影响,这些因素往往容易被人所忽视。对这些因素引起重视后,终于使检修时的一次探伤合格里上升到95%以上。

1水冷壁氩弧焊焊接接头产生气孔的原因

1.1水冷壁布局焊接障碍

锅炉炉膛全部是由垂直平行排列水冷壁构成的,水冷壁管道是带加强筋的特殊管道,焊接时管与管之间的间隙最多只有20mm,属于障碍焊。如图1所示,施焊时限制了焊枪角度的位置,使焊枪倾角过大,造成电弧不稳定,空气侵入导致氩气保护效果不好,焊口加强筋部位非常容易产生密集性气孔。此时一旦产生气孔而管道间隙过小,无法用砂轮机等机械工具进行打磨清理,只能用小锉刀手工慢慢将气孔完全清理干净后,才能重新开始焊接。水冷壁管道更换的管道都是嵌入式,嵌入的管道同时有两道焊口要进行焊接,其中任何一道焊口的不合格返修,都可能会导致整根管道报废切割下来,然后进行下料重新配管,成本高、劳动强度大、工作效率十分低下,焊接合格率也不高。

1.2 水冷壁焊接环境影响

由于整个炉膛内部基本上是密封的,炉膛内与炉膛外的环境温度也大不相同,炉膛内的大气压一般都是呈负压,通过200米高烟囱拔风效果加之烟道挡板关闭不严,造成炉膛外空气从管子缝隙中强行压入炉膛内,产生较大的空气对流。如图2所示,对流空气干扰了电弧燃烧稳定,导致氩气保护不好,造成空气进入熔池从而产生气孔。对流空气过大时也无法进行焊接。

2防止产生气孔的工艺措施

2.1氩气保护措施

通过分析将原来使用的长为40mm,直径为5mm的喷嘴改为长为60mm,直径为8mm的喷嘴;将氩气流量由原来的7升/分,增加到8-9升/分。这样,使从喷嘴喷出的氩气流均匀镇静,从而减少涡流,容易保持层流。同时也扩大氩气保护区域,改善了氩气对熔池的保护效果,从而减少气孔的产生。在焊前做一个专用工具,从管道焊口的背面,沿焊缝上下200mm间,以及左右两根管子全部罩住,防止沿焊口附近产生空气对流,从而使电弧燃烧稳定,可以有效防止因空气侵入电弧区而产生气孔的可能性。

2.2焊接设备选用

检修时氩弧焊机把线长60-70mm,而把线回路内焊接时是低电压大电流运行,势必造成较大的电压降和电流损耗,特别是稳弧脉冲电流的损耗造成电弧不稳定,使空气侵入保护区而产生气孔。为此,将把线和地线截面增加到75mm以上(铜质电缆)。改公用地线为专用地线,即每台氩弧焊机各一条地线,且把地线直接接在焊口附近,而不要用其它构件代替,把焊接回路的电能的损失控制在最底限度,从而使电弧稳定,减少了气孔产生的可能性。

2.3焊接操作技术控制

由于水冷壁管焊接是障碍焊,起焊位置的焊接顷角过大,如图3所示焊缝起始位置,如果直接在此位置引弧焊接,焊枪顷角过大,再加上引弧时电弧电弧燃烧最不稳定,使产生气孔的可能性增大。以及在焊缝起始位置直接送丝焊接,容易使焊丝与钨极相碰,导致钨极烧损和电弧不稳定,进一步增加了产生气孔的可能性。为此,经过多次实验,发现采取稍大的坡口角度和稍小的间隙,将焊接电流对比同样规格试件增加15%左右(由于焊枪倾角过大,使电弧损失较大)改变引弧位置和送丝方法。即在能保证焊枪基本垂直的位置引弧。加入少许焊丝,形成熔池。利用电弧气体吹力和表面张力的作用,慢慢的将熔池移致焊缝起始位置,然后将焊枪用较快的速度移至送入焊丝位置,再加入焊丝,重复上述过程,直至侧面焊缝达到要求,再继续按正常操作方法施焊,从而减少气孔的产生。

3结论

锅炉水冷壁管道更换采用氩弧焊焊接方法,管道由于设计因素而形成的障碍焊接,造成焊接难度加大并难以控制,而主要的难题是加强筋部位焊缝保护不良容易产生气孔,为了防止气孔的产生,必须考虑到检修条件的影响因素,使检修条件尽量与试件施焊的条件相近,才能取得较好的效果。适当的增加氩气对熔池保护范围,调整焊接引弧的等一些操作手法,并做好细致的防护工作是减少气孔产生的根本,从而保证了焊接一次性合格率控制在95%以上。降低了焊工劳动强度,也大大提高了焊接工作效率,为热电事业部以后相同设备的改造提供了技术保障。

参考文献

1.焊接手册第二册-焊接方法 美国焊接学会编

机械工业出版社 1992.4

2.焊接接头实验方法 机械工艺出版社 1995.6

3.锅炉压力容器焊工培训教材 北京科学技术出版社 1992.2

4.焊工工艺学 劳动人事部就业局编 中国劳动出版社 1991.1

论文作者:李志农,许再龙 唐双南

论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第2期

论文发表时间:2019/3/13

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水冷壁氩弧焊产生气孔的原因及防止论文_李志农,许再龙 唐双南
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