膜式壁自動焊焊接

1、膜式水冷壁管屏平仰角MAG焊接工藝研究摘要】 本文詳細討論了鍋爐膜式水冷壁管屏采用平、仰角同時進行MAG焊接的工藝及規(guī)范，并進行了工藝試驗，試驗結果表明采用該規(guī)范焊制的膜式水冷壁產品，成形美觀，導熱性能符合相關標準要求，對實際生產有一定指導意義。 膜式水冷壁(以下簡稱膜式壁)管屏是鍋爐主要受壓部件，制造工作量大，周期長，生產工藝復雜，是鍋爐制造的薄弱環(huán)節(jié)之一。目前國內外主要采用埋弧焊和熔化極氣體保護焊(GMAW)兩種焊接方法焊制鍋爐膜式壁管屏。其中埋弧焊工藝焊速較高，但對焊劑處理和保存要求較高，包括焊劑烘干、輸送、揮手和去渣等；另外，由于采用單面焊接，焊后產品變形大；生產工序復雜，還需翻身進行

2、反面焊接。而GMAW工藝能雙面同時焊接，工件受熱均勻，管屏變形??；由于省去翻身焊接和減少了產品焊后變形校正工作量，生產效率高，逐漸被生產企業(yè)所重視和接受。但GMAW焊焊縫成形與很多因素有關，如何保證焊縫連續(xù)成形且性能達到要求的問題仍困擾著許多生產企業(yè)。因此，水文擬結合生產實際，詳細討論并提供采用熔化極氣體保護焊方法焊制膜式壁管屏應掌握的正確焊接工藝參數(shù)及焊接規(guī)范。一、脈沖MAG焊接方法膜式壁管屏通常由鋼管加扁鋼焊制而成，生產時一般先焊接小單元，然后將小單元用鋼管和扁鋼連接起來，通過拼排，焊制成較寬管屏。膜式壁管屏小單元結構及焊縫如圖1所示。1MAG焊接方法焊接時應采用直流反接法，即工件接負極，

3、焊槍接正極，此時電弧穩(wěn)定，飛濺小。焊制膜式壁管屏的管子和扁鋼一般為低碳鋼，因此宜采用富氬加CO2，兩元混合氣體作為熔池保護氣體即富氬MAG焊方法，氬氣比例在85左右。這樣既可避免純氬MIG焊由陰極斑點漂移引起的電弧小穩(wěn)定，以及潤濕性差、熔深淺、焊縫中間突起、成形差的缺點，又可克服純CO2焊飛濺大、易出氣孔的缺點。2平、仰焊接特點平角焊縫的MAG焊規(guī)范參數(shù)調節(jié)范圍較寬，焊縫成形符合技術要求的難度較小，容易達標，而MAG焊的仰角焊技術難度較大：首先足不易成形，當規(guī)范不適合時，液態(tài)熔池會下溢，則焊縫斷續(xù)或焊縫不成形；其次，即使焊縫成形了，但外形尺寸小符合要求，或咬邊或焊腳不對稱，成形較差。掌握仰角焊

4、接技術是實現(xiàn)MAG焊進行上下雙面同時施焊的關鍵。3仰角焊的熔滴過渡形式和對焊接電源的要求在低碳鋼、低合金鋼的富氬混合氣體雙面MAG焊時，熔滴過渡形式采用射流過渡形式，所謂熔滴的射流過渡形式是在熔滴非射流過渡的基礎上，繼續(xù)增大電流至臨界值，弧柱中的電流密度增高的結果，使等離子體自身收縮作用得到加強。電弧等離子流的外界氣流由電弧上方高速進入電弧區(qū)，其高速的氣流，對焊絲末端熔化金屬(熔滴)造成壓力，在電磁收縮力和氣流壓力的聯(lián)合作用下，驅使熔滴以極高的速度脫離絲極而形成射流，脫離的熔滴在等離子氣體中必然形成渦流，即熔滴上方所受壓力大于下方，熔滴以50倍的重力加速度射向熔池。在高速氣流中，焊絲末端形成尖

5、錐狀，熔滴呈細微顆粒，沿著絲極軸線方向形成一束射流進入熔池，這時，電弧不穩(wěn)定性的現(xiàn)象消失，取而代之的是電弧穩(wěn)定燃燒，如圖2所示。熔滴出現(xiàn)射流過渡時，形成了中等及粗熔滴向細熔滴過渡的轉變，單位時間內熔滴數(shù)量急劇增加，熔滴體積顯著減小。等離子區(qū)(即電弧芯焰)中有金屬蒸汽，電弧剛性較好，電弧穩(wěn)定燃燒，飛濺小，焊縫成形莢觀。與此同時，為保證能連續(xù)進行仰角焊接，應采用帶有脈沖的MAG焊接方式，要求焊接電源將脈沖電流的大小和時間(脈寬)調節(jié)至剛好足夠過渡一個小熔滴，然后使電流陡降，以減小向工件連續(xù)傳遞的熱量，不致使液態(tài)熔池下溢；而在熔池基本固化后，即電流陡增，以便過渡下一個熔滴。焊接電源的這種電特性對仰焊

6、極為重要，也是采用脈沖MAG焊接形式進行膜式壁管屏仰角焊接時，選擇焊接電源的基本要求之一。二、膜式壁管屏脈沖MAG焊接規(guī)范采用MAG焊的形式進行膜式壁管屏的焊接，成功與否的關鍵在于焊接規(guī)范的合理確定。由于產品的不同，焊接母材和焊材的化學元素，結構尺寸有所不同，同時平焊和仰焊的焊接位置不同，所采用的Ar和CO2混合保護氣體的配比有所不同，因而采用的焊接規(guī)范亦有所不同。理論計算對焊接規(guī)范的確定具有一定的指導意義。但在實際施焊過程中，變化因素較多，采用的焊接規(guī)范與理論值有一定的出入。通過大量的實踐，在焊接母材為20G和0235A，焊絲為1.2mm的H08Mn2SiA時，焊接工藝參數(shù)變化范圍如表1所示

7、。三、其他因素對膜式壁管屏焊接的影響膜式壁管屏的結構特點及采用脈沖MAG焊接工藝，決定了焊縫成形不但與焊接參數(shù)密切相關，而且還受其他眾多因素制約，比如扁鋼的寬度、扁鋼的位置、焊槍的傾角等。因此，必須詳細分析影響焊縫成形原因，提出相應的解決措施，才能保證焊縫連續(xù)成形且性能達到要求。1扁鋼的位置根據膜式壁管屏設計的要求，扁鋼和管子應該對巾。由于在焊機的設計中往往上焊槍群處于先進行焊接的位置，以補償上焊槍群焊接后，焊縫向上熱收縮對扁鋼中心的影響，所以在施焊前管子和扁鋼的裝配中，扁鋼中心比管子中心低0.2mm左右。膜式壁管在生產線施焊過程中，當扁鋼有局部急彎或扭曲時，則會由扁鋼中心線位移而引起焊絲對中

8、誤差及焊絲伸出長度發(fā)生變化。當扁鋼中心線上移，則焊絲對中出現(xiàn)偏差值而偏向扁鋼側，焊絲伸出長度縮短。在焊絲干伸長和偏向扁鋼的聯(lián)合作用下，一方面使焊接電流增大而電弧電壓下降，熔寬減小，焊縫變窄，破壞了焊縫成形；同時焊腳偏向扁鋼，焊腳出現(xiàn)不對稱，破壞了焊縫成形。反之，若扁鋼中心線向下位移，則會使熔寬增加，焊縫變寬，焊腳偏向管子側。2扁鋼的寬度扁鋼的寬度對所生產的膜式壁管屏的節(jié)距是否能得到保證具有較大的影響。一般采用脈沖MAG焊接工藝的焊機為保證膜式壁管屏的節(jié)距，均采用固定節(jié)距的槽輪組對管子和扁鋼進行定位，當扁鋼較寬時，除扁鋼在焊前裝配中不能理想的對中，對焊縫寬度帶來的影響以外，由于焊前扁鋼與管子緊密

9、接觸，焊后焊縫收縮，若管子剛性不足，將引起管子變形(呈橢圓形)；若管子剛性較好，焊縫無法充分收縮，將使制成的管屏超寬；反之，扁鋼較窄，在進行上槍焊接時，熔化的金屬液將從扁鋼和管子的縫隙中下漏，增加了焊接飛濺，同時下漏的金屬液凝固后形成的焊瘤對下槍的焊接帶來了困難。在膜式壁管屏焊接中對扁鋼寬度B的確定可按下述方法進行：測定10根以上鋼管實際外徑的平均值，然后恨據膜式壁管屏節(jié)距推算出扁鋼寬度尺寸。為保證管屏焊前的裝配精度，要求扁鋼寬度精度為B±0.1mm。3焊槍的傾角在采用脈沖MAG焊焊接膜式壁管屏，施焊前應調整焊槍的空間角度，見圖3。焊槍的傾角由縱向法線前傾角和橫向法線傾角所組成，焊槍

10、的縱向法線前傾角影響焊縫的表面形狀及其成形，當15°時，氣體保護效果不良，焊縫表面出現(xiàn)蜂窩狀氣孔或成形惡化，嚴重時將出現(xiàn)斷續(xù)焊瘤；12°時，焊道中間突出。因此，為了獲得具有平坦的余高而不咬邊的成形良好的焊縫，推薦焊槍縱向前傾角以=12°15°為宜。焊槍橫向法線傾角，影響著角焊縫焊腳尺寸的對稱性并會引起咬邊。25°時，容易在管子側發(fā)生咬邊，嚴重時會出現(xiàn)超標缺陷；15°時，使焊道偏向扁鋼側，甚至會出現(xiàn)管壁未熔合現(xiàn)象。一般焊槍橫向法線傾角以=20°±5°為宜。4焊絲對中和干伸長度焊絲的對中對于焊縫的成形及焊縫焊

11、腳的對稱性具有直接的影響。首先在施焊前注意仔細地調整焊絲對中隙縫，在焊接過程中，由于焊槍夾持機構未夾緊，在磁場作用下或生產線的機械振動下焊槍會出現(xiàn)松動，從而導致焊絲對中發(fā)生偏移；此外也可能由于扁鋼與管子中心線發(fā)生的上下浮動而導致對中發(fā)生偏移。根據觀察焊縫成形及焊腳對稱性微量調整焊絲的對中位置，這在焊接過程中是在所難免的，也是保證焊縫成形質量的重要手段。在仰焊時，如果焊絲位置偏向扁鋼側，焊縫熔池將失去依托將導致焊腳下落，而在管壁較薄時，焊絲位置偏向管子，則可能燒穿管壁引起報廢的質量事故。干伸長度指焊絲從導電嘴出口到焊接點的長度。該長度將直接影響焊接電壓、電弧挺度、實現(xiàn)射流過渡的電流值。當干伸長度

12、長時，焊接電壓增加，電弧挺度減弱，由于焊絲預熱段增加，熔化速度加快，飛濺增加；而干伸長度的減小，出現(xiàn)的情況正好相反。另外，由于一般焊槍噴嘴外緣與導電嘴外緣的距離一般為5mm，所以在確定干伸長度的同時確定了噴嘴到焊接點的距離。當干伸長度過長或過短，都將減弱保護氣體對熔池的保護作用。四、焊接工藝試驗本次焊接工藝試驗在8極膜式壁管屏MAG焊接生產線進行，水平焊槍與仰焊槍同時施焊，焊接電源為芬蘭KEMPPI公司生產的IGBT逆變數(shù)控脈沖MAG焊接電源，制號PRO4200。1試驗材料及焊前準備鋼管牌號為20G，長度為12000mm。鋼管校直，去除局部急彎并消除氧化皮至露出金屬光澤。扁鋼牌號Q235A，盤卷料，退火狀態(tài)，扁鋼寬度按計算寬度進行精整，寬度公差為±0.1mm，表面平整，無扭曲。焊絲采用1.2mm的H08Mn2SiA。2單元及組件焊接進行三種不同規(guī)格膜式壁管屏的焊接試驗，每種規(guī)格焊制雙身光管2件、三身光管1件、雙身雙鰭片10件，并最后拼排12身及14身雙鰭片管屏，焊縫總長約5000m。部分焊接試件焊接方案見圖4。試件規(guī)格和焊接工藝參數(shù)見表2。3工藝評定結果按照JB44201989鍋爐焊接工藝評定對所焊試樣進行了工藝評定。結果顯示，采用該焊接規(guī)范焊制的膜式壁水冷壁管屏焊縫表面成形(如圖5所示)符合標準焊制鯖片管(屏)技術條件JB/T52551991要求。焊縫熔池尺寸(