15CrMo钢管钨极脉冲氩弧焊焊接工艺的应用
作者 :  陈文军

  摘 要 15CrMo钢管钨极脉冲氩弧焊焊接工艺 在锅炉安装改造维修工程中对保证焊接质量具有十分重要的作用
  关键词 JG40/3.82-M型锅炉;15CrMo钢管;焊接工艺
  中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2012)64-0087-02
  双鸭山矿业集团弘烨供热供水有限责任公司在虹焱热电公司准备承接一台JG40/3.82-M型锅炉的修理任务,过热器管子规格为Φ42×3.5的15CrMo钢管。施工前我们进行了产品试件的焊接工艺评定试验。经验证后制定了15CrMo钢管的焊接工艺,现介绍如下:
  1 焊前准备
  1.1焊接材料
  焊丝:牌号H13CrMoA;规格:φ2.5;氩气纯度不小于99.99%。
  1.2坡口尺寸
  应严格把间隙控制在1.5mm~2.5mm之间。
  1.3设备
  国产WSM-400氩弧焊机,直流正接。
  1.4钨极
  国产WCe-20钨极,规格φ2.0。
  1.5喷嘴
  国产圆柱形陶瓷喷咀,内径φ10mm。
  1.6打磨与清理
  焊前将坡口及其内、外两侧15mm~20mm范围内的铁锈、油、漆等污物清理干净,直到露出金属光泽后用丙酮擦洗;焊丝上的防锈油及铁锈等要用棉纱和砂纸等擦磨干净,剪成300mm~500mm后用丙酮擦试。
  2 施焊环境
  2.1环境温度
  环境温度低于0℃时禁止施焊。
  2.2风速
  故风速大于2m/s时,不采取挡风措施禁止施焊。
  3工艺参数
  3.1焊接电流
  选择脉冲电流焊接的原因是脉冲电流电弧线能量低,便于精确控制电弧能量及分布,易获得均匀的熔深及焊缝根部均匀熔透,更适于垂直位置小管(φ42×3.5)的单面焊双面成形打底焊接,便于气体逸出,减少气孔缺陷,15CrMo钢材的碳当量在0.45%~0.58%之间,淬硬性较大,脉冲电流时要熔池金属的高温停留时间短,所以金属组织细密,可减少产生裂纹的影响,确保产品的可靠性。15CrMo钢及H13CrMoA焊丝的合金元素含量稍高,所以,与含碳量相同或相近的同规格碳素钢钢管比较15CrMo钢管需要较大的焊接电流。焊接时采用的电流范围如下:
  峰值电流(A):140~160;低值电流(A):40~30;脉宽比:50%;频率:1Hz~1.25Hz
  3.2钨极相关参数
  钨极端部形状及钨极伸出量(指喷嘴外露出的长度)对焊接过程影响很大。伸出量太小时易烧损喷嘴,影响操作视线,看不清熔池情况,伸出量太大时易混入空气产生气孔,选定的钨极相关参数如下:
  直径:2mm;伸出量:5mm~8mm;锥度:30°~40°;端部直径:0.3~0.6。
  3.3气流量
  手工钨极氩弧焊气流量的大小将直接影响焊缝的质量。根据接头坡口型式、尺寸、喷嘴规格和电流大小,选定的气流量为Q=7~10L/min。
  4点固
  焊缝接头往往是不易保证质量的薄弱环节,对于氩弧焊来讲,焊缝接头处尤其易出现气孔,因此,焊工除注意提高接头操作技能外,应尽量减少焊缝接头的数量,所以对于φ42×3.5的管对接接头,打底焊时我们设置一处点固焊缝,其长10mm~15mm,厚2mm~3mm。点固焊缝要保证质量,不允许出现未熔合、未焊透、气孔和裂纹等缺陷。发现有上述缺陷,需马上打磨掉重新焊接,若错边量超过0.3mm,不得强力矫正,需打磨掉重新组装焊接。前半圆焊完后应将点固焊缝彻底磨去。点固焊缝与正常焊缝施焊规范相同。
  5施焊
  在工艺评定过程中,我们制作了模拟产品工位的障碍架,其左右、上下障碍尺寸与产品完全相同。点固焊缝设在a点,从离开C点处约5mm~8mm的b点引弧焊接,施焊过程中,注意氩气保护及送丝频率,焊到d点左侧5mm~8mm的e点收弧。与手工电弧焊相比,手工钨极氩弧焊的操作视线范围有限、考虑到视线范围、气体等因素的影响,e-g点内焊缝施焊方向选定为g-e点,从距f点5mm~8mm处的g点引弧,在e点接头收弧。此焊过程中,需要焊工左手控制焊枪,而用右手送焊丝。管子的后半圈(g-a-b)与前半圈(b-d-g)焊接基本相同。
  5.1引弧
  在坡口内引弧,正常焊接过程中电弧长度应控制在2.5mm~4.0mm之间。
  5.2收弧
  收弧时要多添加焊丝,防止产生缩孔和裂纹。停弧时,先用拇指按一下焊炬上上的微动开关,待电流衰减电弧熄灭后,继续保护高温熔池10s以上,防止焊缝金属氧化,延时断气后再移开焊炬。若收弧处产生缺陷,需打磨掉再行焊接,一般情况下,禁止采用电弧热消除缺陷的方法。
  5.3接头
  无论起弧接头还是收弧接头,其熔孔均应比坡口间隙每侧增宽0.5mm~1.0mm左右,形成熔孔后填加焊丝。特别注意收弧接头处不要发生未熔合、未焊透等缺陷。盖面层接头处要注意外观质量。
  5.4送丝
  在峰值电流(即脉冲电流)作用时填加焊丝。焊丝沿焊缝间隙送入熔池前端,不能直接送入根部,从而使熔滴自然过渡到熔池,以有效控制背面成形及余高。送丝要有节奏、干净、利落。动作要稳,以免破坏保护效果;焊丝端部时刻保持一定的形状,尤其不能形成“固瘤”。焊丝端部形状不好或氧化太厉害时就应停弧并把端部剪去再焊;焊丝不能与高温下的钨极相碰。否则钨极端部会突然变粗而导致电弧不稳。
  5.5盖面焊
  盖面时焊丝和焊炬均需上下轻微摆动,以使上下熔合良好,盖面层要与打底层接头要尽量错开,填丝、摆动注意节奏,在保证焊缝内部质量前提下,充分利用脉冲氩弧焊的特点,焊出均匀、细致美观的管接头焊接。
  6焊缝质量标准及工艺评定检查结果
  产品施焊前为了验证工艺参数的正确性以及工艺措施是否合适,我们依据《蒸汽锅炉安全技术监察规程》做了模拟产品试件的焊接工艺评定,评定结果如下:
  外观:按《蒸规》检验合格;
  X射线:按JB4710检验合格;
  机械性能:按《蒸规》检验合格;
  金相:按《蒸规》检验合格;
  硬度:按GB4340检验合格。
  7 结论
  1)我公司有能力焊接符合《蒸规》及产品技术条件所要求的15CrMo钢管接头,所制定的焊接工艺指导书是合适的;2)手工钨极氩弧焊采用脉冲电流更易保证焊缝质量;3)氩弧焊是锅炉压力容器关键部位接头焊接的一种较理想,可靠的焊接方法。
  
  参考文献
  [1]《蒸汽锅炉安全技术监察规程》劳部发[1996]276号.
  [2]中国机械工程学会设备与维修工程分会编.工业锅炉维修与改造问答.

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