镜面焊接技术.doc

镜面焊接镜面焊接技术上海电建公司 张 明摘要：本文详细介绍了外高桥二期工程镜面焊焊口的焊接概况、焊口的结构布置和机具准备，并通过对镜面焊的整个焊接过程的描述，具体阐述了焊缝对口尺寸控制、内加丝焊接方法、焊缝填充和盖面的技术细节，还针对焊接过程中碰到的问题进行了分析并提出改进、解决的方法。关键词：镜面焊接、内加丝、焊缝填充一、工程概况上海外高桥电厂二期工程为国内引进的单机容量最大的机组，其中锅炉岛由阿尔斯通公司设计、供货，部分设备如锅炉受热面由上海锅炉厂制造。本锅炉为单炉膛结构，所有受热面蛇形管排均布置于炉膛上部，从上到下依次为一级过热器、省煤器、一级再热器、二级过热器、二级再热器、三级过热器、一级过热器，所有部件的集箱分别布置在炉前侧和炉后侧，穿过前、后水冷壁的单根管通过焊口的焊接，将受热面蛇形管排与集箱连接为一个整体，提高了热效率。由于部分组件的管排数量很大，使得管排间的节距很小，具体如下：省煤器：178排、节距120mm一级过热器：89排、节距240mm一级再热器：178排、节距120mm二级过热器：178排、节距120mm给焊口的焊接带来了意想不到的困难，这种困难主要体现在焊口的局部位置肉眼无法观察到，以往常用的焊接方法在该位置无法施焊，只能采用镜面焊法。为此，在阿尔斯通公司现场焊接SV的指导下，我们对焊工进行了镜面焊的培训，这是国内属第一次接触这种特殊的焊接工艺。其主要方法是在肉眼无法观察到的焊口位置附近放置一面镜子，利用镜子的反射成像原理，通过观察镜子内的熔池来进行焊接，这是与普通焊接最大的区别。本工程采用镜面焊工艺焊接的焊口的规格、数量、钢材品种之多在国内是从来没有的。具体的镜面焊焊口情况如下表：序号组件名称材质规格数量1省煤器SA210-C42.76.321362一级过热器SA213-T1148.38.86233一级再热器SA209-T15441780SA213-T2254517804二级过热器SA213-T9148.36.3890SA213-T9148.38890合计8099二、焊口的布置在此以省煤器为例，具体阐述镜面焊焊口的布置和结构特点，详细的数据见图一现场焊口位置布置图。省煤器通过一级过热器悬吊管的悬吊布置在锅炉顶部，管子呈锅炉的前后方向布置，每片管排均为六套管，管排为锅炉左右方向排列，数量为178排，节距120mm，上下管子间距为42.3mm，管字口径为42.7mm。焊接顺序为分别从炉左和炉右两侧往锅炉中心焊接，在焊接每一排焊口时，待焊焊口靠近已焊好的管排侧的从仰焊至立焊位置这一段焊缝，在层间填充焊接时肉眼无法观察到，必须采用镜面焊。图一所示的焊接位置是左右两侧都已焊至锅炉中心，剩下最后八排，此时焊接顺序改为由下往上焊接，镜面焊的焊缝长度最长，如图一中所示的焊口由2-3-4的区域为焊缝的镜面焊区域，也即为从立焊至仰焊至立焊为镜面焊区域，焊缝长度增加一倍，因此难度也是最大的。焊这些焊口时，焊工只能蹲在或府卧在管子上，通过镜面焊完成焊口的下半部分。三、工器具准备要求在实际焊接过程中，由于管排节距实在太小，原有的刚性氩弧焊焊枪不能满足现场焊接的需要，我们特地采购了可以三百六十度改变焊枪角度的挠性氩弧焊枪，根据现场的具体焊接位置和障碍，弯曲焊枪手柄和焊嘴之间的角度，让焊工握枪的手能放在一个相对舒适且可以操控的位置，使得焊工能够进行操作，完成一只镜面焊焊口的打底有时甚至需要改变焊枪角度四至五次。由于以往国内工程中没有需要进行镜面焊的焊口，市场上也无法采购到适应于现场焊接要求的专用镜面焊镜子，为此专门从德国进口此镜面焊镜子，该镜子尾部是一块强磁场吸附件，主要是起固定镜架的作用，头部是一块不锈钢双面镜，厚度为一毫米，中间是一根挠性金属软管，连接尾部和头部，其中在与头部连接时采用了万向节，可以三百六十度旋转镜子，另外也可以通过拗弯挠性金属软管将强磁场吸附件固定在合适的位置，用起来非常方便。四、焊接1、对口对口前首先检查焊接坡口及两侧的打磨清理情况，达到规范要求的每侧各为10-15mm，然后使用专用对口夹具进行对口，对口时应达到下列要求：（1）、钝边尺寸控制在0.5-1.0mm，便于焊工控制焊接温度，降低焊工打底的难度，确保获得熔合良好的根部焊缝。（2）、观察对口间隙，应控制在2.8-3.2之间。其原因如下：其一由于氩弧焊打底采用内加焊丝法，见图二，焊丝的直径为2.4mm，因此间隙必须大于2.4mm，使得焊接过程中送丝能自如进行，并且又能方便焊接过程中通过焊缝间隙观察熔池。其二如间隙过大，给焊工操作和控制带来难度，易造成仰焊位置根部内凹，平焊位置焊瘤。 如果对口时产生喇叭口，如仰焊位置根部间隙大，为3.2mm，平焊位置根部间隙小，为2.0mm，影响焊接过程中自如地送丝，必须进行坡口端面的修正，使之达到标准范围内；反之既可以自如地送丝，又通过焊接收缩来缩小平焊位置的间隙，当然这是在喇叭程度较轻的情况下，如喇叭程度较重，必须进行修正。（3）、观察对口有否错口，错口值不得大于壁厚的百分之十。（4）、观察管子对口偏折程度，不得大于1/200。2、点焊由于氩弧焊打底采用内加丝焊法，因此对口点焊的位置与普通焊口是不同的，正确的点焊位置是各偏离平焊位置四十五度的两侧，这样点焊的好处是在氩弧焊打底过程中，肉眼视线能够方便地透过平焊位置的对口间隙观察焊缝熔池。3、镜子的摆放在开始镜面焊前，首先要摆放好镜子的位置，一般要达到两个要求，其一要便于肉眼通过镜子的反射观察焊缝的熔池状况，其二要不影响氩弧焊焊枪的位置摆放和焊接过程中焊枪的行走、摆动，具体如图三所示。4、氩弧焊打底焊口的焊接方法为全氩弧焊接（GTAW），焊丝选用德国BOHLER公司生产的FOX DMO IG，焊丝直径为2.4mm。氩弧焊打底采用内加丝焊法，不需要镜面焊，关键是要控制氩弧焊枪的摆动的稳定性，确保焊缝根部良好的熔化。由于是全位置焊口，氩弧焊接头的位置每只焊口都一样，均在仰焊、立焊、平焊位置，因此每接好一个焊缝接头，必须用肉眼在笔式手电筒的照明下检查接头状况，保证氩弧焊打底的质量。当然根据焊口的位置特点，每只焊口的平焊或仰焊的接头是根部焊缝的封头，无法进行目视检查，只有经过无损探伤才能确认接头是否合格，因此对焊工也相应地提出了更高的要求。氩弧焊打底焊缝根部检查完成后，外表也必须严格检查，检查的主要内容是焊缝与母材的熔化是否良好，如存在未熔合现象，必须将缺陷打磨掉，并圆滑过渡，否则易产生夹渣等缺陷；焊缝的高低差、宽窄差也是检查的项目，如有也必须进行打磨，使得焊缝在周向比较平滑，轴向焊缝宽度保持一致，为镜面焊创造良好的条件，降低在镜面焊时的焊工操控难度。另外，焊接过程中焊缝表面产生的氧化硅等氧化物在填充前必须清除，否则易产生夹渣。5、焊缝填充氩弧焊打底结束后，进行层间焊缝的填充，如图一由2-3-4的位置是镜面焊区域，首先选择好焊工的操作位置，然后固定镜子，并调节好镜面的角度，在正常焊接条件下无法观察的坡口用镜子看，便于焊接时通过镜面的反射观察熔池。焊丝也必须结合具体的焊接位置和焊缝的弧度，适当拗曲变形，既便于拿焊丝的手选择相对开阔的位置，动作灵活，容易将焊丝送抵熔池，又可以防止焊丝干扰焊工的视线。由于通过镜子观察熔池，弧光反射非常强烈，氩弧焊枪的钨棒看不清楚，引起送丝时焊丝与钨棒经常碰撞，造成钨棒尖头形状变形，影响电弧的稳定性，所以焊接过程中焊丝必须紧贴焊缝，连续送丝就可避免上述情况的发生。另外如果焊丝为直线状，在焊接过程中还很容易发生焊丝往镜中的熔池送，影响正常的焊接。在镜面焊时，通过镜子看到的焊缝是平面图象，镜中焊缝不具有立体感，且弧光与熔池的镜像互相叠加，电弧光过于强烈，要清晰分辨出熔池几乎不可能，因此焊缝的厚度控制较难，易发生偏厚或偏薄，偏厚会造成加焊丝困难，而且容易产生缺陷，层间温度也会偏高，如遇到高合金钢时，使焊缝金相组织发生变化，主要体现为晶粒粗大，塑性降低，焊缝冲击韧性降低。另外由于镜面焊是通过镜子的反射来观察熔池，相对于正常焊接速度较慢，为便于控制层间温度，焊接电流必须适当降低，降低比例为正常焊接电流的10%。在最后填充层的焊接时，在基本填平坡口的前提下，必须将焊缝两侧的坡口线留下，不得将其熔化掉，原因在于进行焊缝盖面时，此坡口基准线将作为至关重要的基准线，便于获得满意的焊缝直线度。6、焊缝盖面盖面前首先检查填充焊缝的表面成形，清理附着在焊缝表面的垃圾和氧化物，直至焊缝在周向和轴向达到平滑与均匀，为盖面创造最好的条件。同一只焊口在填充和盖面过程中需要镜面焊的焊缝在长度上是不同的，这是因为不可见的焊缝的角度是一样的，随着填充厚度的增加，焊缝半径也在增加，而“弧长=角度/360*2r”，因为盖面层的半径r最大，所以盖面焊缝的镜面焊长度最长，且焊缝又最宽，在焊枪的摆动和控制上难度最大，要求也最高。焊接时，应以两侧坡口线为基准线，焊缝熔池向母材侧延伸0.5-1mm的距离，使焊缝的宽度比坡口宽度大1-2mm，并始终保持这一宽度；焊缝的加强高度应呈弧形，两侧低中间略微高一些，并在焊缝的周向上保持这一高度；还应以两侧坡口线为基准线，焊接时一直保持这一直线度；只要保证以上三点操作工艺，就能获得良好的焊缝外表成形。另外，为了降低镜面焊接的难度，镜面焊焊口只能一只一只地顺序焊接，而不能象其它工程中一个焊工交替焊接二至三个焊口，达到控制层间温度的目的，又提高了焊接效率。因此层间温度的控制在镜面焊中显得尤为突出，在实际焊接过程中，只能牺牲效率，层间温度过高时焊工必须中断焊接，待焊缝温度降至正常范围后，重新焊接，如此反复直至完成。五、结论在外高桥二期工程的现场焊接中，我们是国内第一家采用镜面焊工艺焊接的企业，解决了工程中的关键问题，为水压试验奠定了基础。通过培训、实际操作探索出一套成熟的镜面焊工艺，镜面焊丰富了电力行业的焊接工艺，为施工单位提供了宝贵经验