锅炉焊接中窄间隙埋弧焊脱渣技术 锅炉焊接中窄间隙埋弧焊脱渣技术
王 鑫 魏爱玲 郝贵敏
(廊坊燕京职业技术学院机电工程系， 河北廊坊 065200)
摘 要：根据实际生产经验总结出使用窄间隙埋弧焊焊接锅炉时坡口脱渣的解决办法。结合实际生产案例，介绍了使用相关脱渣手段的典型锅炉环缝的生产过程及焊缝性能测试结果。
关键词：窄间隙埋弧焊； 脱渣； 环向焊缝； 焊接质量
对于目前主流大型的电站锅炉来说，其蒸发量和工作压力都非常大，因此大型电站锅炉普遍向厚壁发展。我国传统锅炉制造企业一般采用埋弧焊来焊接锅炉的环缝。而目前行业竞争激烈，企业传统的生产制造工艺已远远不能满足需要。目前一些大型企业已经开始使用比较先进的窄间隙埋弧焊技术焊接锅炉环缝。窄间隙埋弧焊是近年来迅速发展起来的一种经济高效的焊接方法。这种焊接方法的焊接坡口间隙很窄，可以有效地提高生产效率。同时与常规埋弧焊相比，窄间隙埋弧焊所开坡口的两侧面角度都非常小，几乎达到平行。在焊接厚度，100～350 mm 的板材时，窄间隙埋弧焊的坡口间隙仅为18～24 mm，可以大幅减少熔敷金属的消耗量，缩短生产周期。也正是因为窄间隙埋弧焊坡口间隙比一般埋弧焊要小得多，所以坡口脱渣的难度也远远高于传统的埋弧焊。如果不能很好地解决脱渣问题，将极大地影响生产企业的生产效率，也将严重威胁锅炉的安全使用[1-3]。
1 坡口脱渣技术
埋弧焊所用的焊剂在常用条件下脱渣性能良好，但在窄间隙埋弧焊焊接过程中，由于熔敷金属和熔渣有不同的物理特性，在形成渣壳后，渣壳会受到两边的母材金属挤压，嵌入在焊接接头间隙，导致脱渣困难。解决坡口的内脱渣问题可以从焊接材料、焊接工艺及新的脱渣技术入手。
1.1 焊接材料的选择
对于埋弧焊脱渣有主要影响的焊接材料就是焊剂。目前几种常用的埋弧焊焊剂分别为HJ331、HJ252、HJ431、SJ101、SJ30，通常这几种焊剂在埋弧焊焊接使用过程中脱渣性能是比较理想的，但是在窄间隙埋弧焊焊接过程中，这几种焊剂的脱渣性能差异很大。通过大量的试验表明：在窄间隙埋弧焊时，SJ301脱渣性能优于其余的几种焊剂。
1.2 热脱渣技术
热脱渣技术是一种相对较新的技术，这种技术的方法是在高温时使用小型气动铲将半固态状态渣壳剥离下来。根据大量的试验结果：当渣壳温度在500 ℃时、渣壳热脱渣效果最好。如果敲渣温度太低，渣壳会变硬，除渣变得困难。如果敲渣温度过高、熔渣仍处于完全在液态，气动铲清除下来的渣壳不连续。这种热除渣技术比普通除渣效果好，但对操作者的技能要求也相对更高。
1.3 采用排焊工艺
采用排焊工艺焊接不仅能提高接头焊缝的质量，同时还对脱渣更加有利。进行焊接时，焊接电弧靠近焊缝一侧，从而使渣壳偏离焊缝中心，造成焊缝一侧的渣壳很厚，而另外一侧则很薄甚至没有，从而使渣壳避免被两侧母材金属挤压，使脱渣变得更加简单。
2 提高焊缝质量的几种措施
通过选择合适的焊接工艺参数，控制适当的焊接热输入，不仅能够提高焊缝金属的各项性能，预防各类焊接缺陷的产生，也有利于焊缝更好地脱渣。
2.1 控制好焊接温度
窄间隙焊接接头工件，一般都比较厚，焊接接头时需要焊前预热，焊接过程中两边的母材和熔敷金属的温度应该控制在一定温度范围内，焊后应按照工艺要求进行焊接后热处理。由于焊接层多，大型工件的厚度大，焊接时间比焊接薄工件周期长很多，中间将多次出现焊接中止的现象。中止焊接这段时间应特别注意焊接接头的温度，焊接温度太低会引起接头开裂倾向的增加。接头焊接后控制冷却速度，焊接接头在高于规定温度条件下及时地进行焊后热处理。
2.2 正确使用焊剂
由于焊缝对于氢元素非常敏感，焊剂在使用前必须按照工艺规程仔细烘干，这样才能有效控制焊接裂纹和气孔。
2.3 使用性能稳定的焊机
有时工件在焊接的过程中会出现位置偏差的现
象，如环缝焊接发生轴向位移、焊接小车焊接纵向焊缝左右偏移，一旦出现这种情况，焊机的跟踪和位移控制系统必须及时修正。伴随着焊接层的增加，焊道金属变高，而焊接机头位置必须相应抬高，从而确保焊丝的伸出长度的恒定。环缝焊接时需要让焊接机头沿着环缝的长度方向前后调整，以便电弧能保持在一个合理的位置。本文使用的埋弧焊设备为美国AMET公司生产的单丝窄间隙埋弧焊机，如图1所示。
图1 AMET窄间隙埋弧焊机
3 焊接实例
根据本课题总结的脱渣方法对国内某电厂项目的锅炉进行了实际焊接。该锅炉的规格为：φ809.5×76.5，长度L=23.1 m，如图2所示。
图2 试验所用锅炉结构简图
3.1 锅炉环缝焊接工艺
1)对装：将需拼接的两个筒节对装好；2)采用 GTAW+SMAW+NG-SAW 内充氩保护工艺，首先进行氩弧焊打底，进行2层手工焊填充，然后应用窄间隙埋弧焊填满焊缝，最低预热温度为204 ℃，最高层间温度为316 ℃。
锅炉材质为SA-335P92。SA-335P92钢是在原有的SA-335P91钢的基础上，对Mo元素的含量进行了适当降低，另外加入了一定含量的W元素从而将钼的当量(Mo+0.5W)提高到了1.5%。另外，在此钢中还加入了微量的硼元素。经过以上合金化处理后，SA-335P92钢与同系列其他常用耐热钢相比，其抗氧化性与耐高温腐蚀性基本相似，但蠕变性能和高温强度都得到了大大地提高。SA-335P92材料的化学成分如表1所示。
3.2 焊后热处理工艺
焊后首先进行去氢处理，工艺为260 ℃保温4 h，随后进行去应力焊后热处理，热处理设备为 36 m×4 m×4 m计算机自动控制燃油台车热处理炉。
焊后热处理参数如表2所示。
表1 SA-335P92的化学成分 %
CSiMnCrMoCuNiNbVTiSPWN0．120．290．408．90．5-0．170．090．2-0．0010．011．710．05
表2 热处理技术要求
装炉温度/℃升温速度/(℃\5h-1)热处理温度/℃保温时间/min降温速度/(℃\5h-1)出炉温度/℃≤300≤70745±15185≤85≤300
3.3 焊缝力学性能试验
焊缝经X射线探伤检查，全部窄间隙焊缝成型良好。试板进行常温拉伸试验、弯曲试验、冲击试验其结果见表3、表4和表5， 焊接接头质量均满足设计要求。
表3 试样的抗拉强度
试样编号宽度/mm厚度t/mm截面积/mm2极限载荷/N极限强度/MPa破坏位置86-886193225434290000670断焊缝86-886193225434294000675断焊缝86-886193226436296000680断焊缝86-886190226429292000680断焊缝
表4 试样的弯曲试验
类型弯曲角度/(°)弯曲直径结果侧弯86-11804t合格侧弯86-21804t合格
表5 试样的冲击试验
试样编号缺口位置缺口形式试验温度/℃冲击功值/J86-886焊缝V528 35 4986-886热影响区V556 123 150
4 结束语
在进行窄间隙埋弧焊时，由于焊接接头尺寸和形状的问题，焊接时脱渣比较困难，提出了窄间隙埋弧焊比较实用的几种脱渣手段，其中合理精
确地选用各种焊接工艺参数，是获得优良接头的重要因素，也为顺利脱渣奠定良好的基础。使用相关脱渣技术进行实际锅炉产品的焊接，结果表明：焊缝成型良好，接头性能符合设计要求。为窄间隙埋弧焊技术在锅炉生产中的进一步应用提供了一些经验。
参考文献：
[1] 周方明,王江超,周涌明,等. 窄间隙焊接的应用现状及发展趋势[J]. 焊接技术，，36(4):4-7.
[2] 项峰,姚舜. 窄间隙焊接的应用现状和前景[J]. 焊接技术，2001，30(5):17-18.
[3] 陆元三,宋新华.锅炉锅筒环缝焊接工艺[J].热加工工艺，，42(1)：235-236.
DESLAGGING TECHNIQUE FOR NARROW GAP SUBMERGED ARC-WELDING IN WELDING OF BOILER
Wang Xin Wei Ailing Hao Guimin
(Department of Electro-machinery Engineering of Langfang Yanjing Vocational Technical College， Langfang 065200， China)
Abstract：The use of narrow gap submerged arc welding in boiler slag removal groove solution were summed up according to the actual production experience. The welded process of typical boiler circumferential weld by using relative slag removal method and the test results of the weld performance were also introduce.
KEY WORDS：narrow gap submerged arc welding; slag removal; circumferential weld; welding quality
第一作者：王鑫，男，1982年出生，硕士研究生。
Email：148073202@
收稿日期：-09-16
DOI：10.13206/j.gjg0
