无间隙管板内孔焊的应用浅谈.doc

无间隙管板内孔焊的应用浅谈文刚昆山华恒焊接设备技术有限公司 215301摘要：本篇主要针对无间隙管板的焊接方法、设备、现场生产的焊接工艺进行介绍，重点对全位置自动TIG脉冲焊设备及工艺进行分析。关键词：无间隙管板内孔焊全位置自动TIG脉冲自熔焊EWA306电源专用枪头前言：在石化和化工设备中的换热器系统中，有一些是工作于高温和腐蚀性应力下的。传统的管子穿入管板前端焊接而成的焊接接头（如图一），由于管板与管子之间有间隙，且焊缝受到高温腐蚀性流体的正面冲刷作用，很容易腐蚀开裂，极大的降低了设备的使用寿命。为了减小高温腐蚀性流体对管板焊缝造成的破坏，人们改变了传统的连接方式，设计出了无间隙管板连接的新形式（如图二）。这种接头形式大大的减小了高温腐蚀性流体对焊缝冲刷腐蚀的有害作用，提高了产品的使用寿命。图一 图二由于这类换热器管板厚度较大（50mm以上），管径较小（51以下），而无间隙管板焊接头处于管板孔内部。因此，焊缝接头处的可达性不好，不便观察操作。同时此类焊缝全部要求单面焊双面成形，质量要求高。另一方面，由于这类接头的返修难度很大，因此对焊接过程的稳定性也提出了很高的要求。所以用什么样的方法来实现这类接头的可靠连接就成为生产实际中所面临的一个关键性的技术问题。目前，国内应用此种先进生产工艺的厂家极少，山西某集团公司化机分厂就是其中成功应用此工艺方法的厂家之一，本篇既以该公司的生产实际为例来探讨一下无间隙管板焊的一些工艺要点。该公司采用的接头形式如图二所示的对接式，材质为不锈钢，管子规格为： 25*2。1、工件的装配要求由于管子的内径较小，内孔焊不便加丝，管壁又很薄，而焊缝又要求单面焊双面成型。所以管子与管板连接处的装配要求是很严格的，具体要求如下：间隙0.2mm 错边量0.3mm管子端面与其中心轴线的垂直度偏差小于0.1mm。管板孔端面与其中心轴线的垂直度偏差小于0.1mm。为保证加工的精度，该公司采用了数控钻床来加工管板的管孔。用专用的坡口机来加工管子的端面。装配前要严格清理毛刺、油污、水份等，并用丙酮清洗焊接区域近缝区20mm范围内的地方。为了确保装配时管子与管孔的同心度，需要一个专用的工装器具如下图三所示。定位好后，用TIG焊不加丝点焊于接头处，至少点焊两点（相差180左右）。图三2、焊接2.1焊接方法选择这种接头形式从本质上讲类似于管管对接。对于这种要求单面焊双面成型，且要求质量稳定、可靠的薄壁管子的焊接。我们采用了全位置自动TIG脉冲焊。众所周知，TIG焊由于有隋性气体保护所以能得到接近母材的焊缝组织和机械性能。而采用脉冲焊则能有效的减少热积累对焊缝成形造成的影响，使焊缝成形均匀一致。并能可靠的实现全位置焊，所以采用全位置TIG脉冲焊是确保焊缝质量的最佳手段。2.2焊接设备本套焊接设备是实现全位置自动TIG的关键所在。由于焊缝的高质量，高可靠性要求，对焊接设备也提出了如下的要求：1）：能改变并精确的控制提前送气、滞后送气的时间。2）：能改变并精确的控制焊接电流的大小、脉冲的时间。3）：能改变并精确的控制焊接行程并在完成焊接后自动衰减。4）：焊接工艺参数稳定、可靠、重现性好。5）：枪头要能顺利的插入管板孔内，并精确的定位，焊完后能顺利取出枪头。6）：钨极与焊枪的相对位置要可调节。7）：枪头与工件接触的地方必须良好的绝缘。8）：操作时要方便、轻巧、灵活。因此，我们采用了华恒公司生产的EWA306电源（如图四所示）。并在普通的管焊枪头的基础上专门设计出了适合于无间隙管板全位置自动TIG焊的专用焊接枪头（如图五示）。图四 图五EWA306电源是新型的智能化的IGBT逆变式直流TIG焊接电源。可对送（停）气时间、电流形式（DC或PDC）电流大小（5-300A）峰基值电流燃烧时间、焊接速度、焊接行程、电流衰减时间进行精确的调节和控制，重现性好。可存储70个焊接程序，且每个程序中最多可分10个区间。完全满足全位置自动TIG焊的要求。枪头用平衡器吊于龙门架上，其工作原理如图六所示，枪头前的定位套管采用耐高温的四氟乙希制作，可很好的绝缘，可通过旋转可调螺母来调节钨极与焊缝的距离，钨极用螺钉压紧于铜芯轴上，其伸出长度可调，保护气体由芯轴出气孔处向外喷出，排出焊接区的空气。图六焊接时，将焊头的钨极位置调节好，插入管板孔内，打开氩气，接好地线。用手轻轻的向前方顶住，按下线控器上的启动开关后，电弧自动引燃，焊完后自动衰减，待滞后送气停止后，将枪头慢慢拉出。在焊接产品这前，需要制作一些与产品材质，结构形式一致的焊接试板。在试板上将工艺参数：如焊接电流、脉冲时间、旋转速度等参数调整至最佳状态。真正做到单面焊双面成型且焊缝无明显内凹后才可在产品上焊接。该公司较为成熟的25*2不锈钢内孔焊工艺参数如下：提前送气时间（TO1）： 10s 滞后送气时间（TO2）：8s预熔时间(T11)：2.5s预熔电流（I11）：85A峰值时间（T12）：0.15s峰值电流（I12）：128A基值时间（T13）：0.25s基值电流（I13）：35A焊接行程（N11）：368电流衰减时间（T14）：6s焊接速度（V21）：170%3、检验由于这种接头形式极难返修。因此，焊完一个焊缝后，应马上进行检验。观察焊缝背面是否焊透，成形是否良好，有无明显内凹，有无气孔裂纹等缺陷。外观合格后，马上进行水压试验，合格后，方可进行下一道管口的装配、焊接。如不合格则应立刻返修。4、应用情况根据现场应用的情况来看，效果良好。焊缝都是单面焊双面成型，成型均匀美观，正反两面