技术论文埋弧焊在工程建设中的应用

1埋弧自动焊在工程建设中的应用郭永鹏（宁夏电力建设工程公司，银川市750001）摘要：众所周知，埋弧焊是一种在焊剂层下进行大功率焊接的电弧熔焊方法，埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，最大熔深达14mm,从而能排除未焊透和气孔缺陷。大直径管道的焊接，施焊其纵、环焊缝时，埋弧焊无疑是一种优质、高效、劳动条件好、焊后处理简单的焊接方法，应用此技术可以达到保证施工质量、降低工程成本、加快工程进度、减轻工人劳动强度的良好效果，而且工艺操作简单、容易掌握。关键词：埋弧自动焊大口径钢卷管悬空埋弧焊法经济效益高AutomaticsubmergedarcweldingandapplicationinengineeringconstructionAbstract：Asweallknow,submergedarcweldingfluxlayeriscarriedoutunderthepowerinthearcweldingmethodofwelding,submergedarcweldingcurrent,arcpressure,arcpenetratingability,themaximumpenetrationdepthof14mm,sothatitcanruleouttheweldingpermeabilityandporositydefects.Large-diameterpipewelding,weldingthelongitudinalandcircumferentialwelds,theSAWisundoubtedlyahighquality,efficient,goodworkingconditions,afterweldingtheweldingprocesssimplewaytoapplythistechnologytoensurequality,reduceprojectcosts,speeduptheprogressoftheproject,reducethelaborintensityofthegoodresults,andtheprocessissimple,easytograsp.KeyWords：Automaticsubmergedarcwelding,Heavycalibersteelpipe,Submergedfloatingmethod,Higheconomicefficiency1、概况我单位承建的宁夏灵武二期2×1000MW火力发电机组，是世界首台超超临界空冷燃煤发电机组。其中空冷排气管道加工总量达1216.8吨，管道壁厚都在20mm以上。由于管道内介质为需要冷却的水蒸汽，压力在50KPa以上，这样就对管道的承压能力有很大的要求，所以必须保证管道的焊接质量。传统的手工焊焊缝外观成型差，焊缝内在质量也难以保证，我公司采用埋弧焊平焊与悬空焊焊接后，焊缝表面成型良好，表面光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸能满足工艺、标准要求；RT射线检测：焊缝洁净，黑度均匀，纵缝一次合格率达99%，环缝一次合格率达到95%。不论是从外观上还是内在质量上都比手工焊有很大提高。2、埋弧焊的原理2埋弧焊时，连续送进的焊丝在一层可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧。当电弧热使焊丝、母材和焊剂熔化以致部分蒸发后，在电弧区使由金属和焊剂蒸气构成一个空腔，电弧就在这个空腔内稳定燃烧。空腔底部是熔化的焊丝和母材形成的金属熔池，顶部则是熔融焊剂形成的熔渣。电弧附近的熔池在电弧力的作用下处于高速紊流状态，气泡快速溢出熔池表面，熔池金属受熔渣和焊剂蒸气的保护不与空气接触。随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。图1埋弧焊焊接示意图3、埋弧焊的工艺特点传统的手工焊焊缝外观成型差，焊缝内在质量难以保证。埋弧焊是一种在焊剂层下进行大功率焊接的电弧熔焊法。埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，最大熔深达14mm,从而能排除未焊透和气孔缺陷。采用埋弧焊后，焊缝表面成型良好，表面光亮均匀，无表面气孔、咬边等缺陷，焊缝尺寸能满足工艺、标准要求；RT射线检测：焊缝洁净，黑度均匀，纵缝一次合格率达99%，环缝一次合格率达到95%。不论是从外观上还是内在质量上都较手工焊有很大提高。埋弧焊无疑是一种优质、高效、劳动条件好、焊后处理简单的焊接方法，可节约施工成本和焊接人力资源，加快施工进度。4、悬空埋弧焊工艺分析悬空埋弧焊是一种不用任何衬托和辅助设备、装置的埋弧焊工艺方法，埋弧焊焊接电流大，电弧压力大，电弧穿透能力强，在无任何衬托和辅助装置情况下，易造成焊穿或液态金属流失。为防止焊穿，减小正面第一层焊接电流，会造成第一层厚度减薄；在施焊背面第一层时，焊接电流受正面第一层厚度限制而无法增大，不能保证接头熔透，出现连续性中心未焊透、大气孔等缺陷。其次，为排除未焊透、气孔等缺陷，须通过提高电弧穿透力来增加焊缝熔深，必须增大焊接电流，焊接电流增大时：一方面，若坡口较窄，3限制了熔池扩展，熔池深度增加，电弧搅拌作用增强，熔渣卷入熔池不易上浮，同时，熔融金属过热，熔渣高温时间长，金属、渣界面处渣中阴离子长大，使熔渣质点移动困难，粘度增大，进一步阻碍了渣的浮出，渣与界面金属紧密结合，造成脱渣困难和夹渣；另一方面，电弧搅拌作用增强，熔渣高温存在时间长，强制冷却成型作用弱化，焊缝表面成型粗糙；尤其环缝焊接时，熔池运动结晶，焊缝尺寸更难控制，造成成型不良；其三焊丝熔化量增大，造成余高过高；同时，焊接大线能量条件下，焊缝、热影响区组织晶粒严重长大，使接头性能，尤其是韧性受到显著影响。如此，要改善悬空埋弧焊工艺应注意以下几方面问题：（1）降低每层热输入，保证接头性能；（2）保证焊透，防止焊穿、气孔、裂纹等缺陷产生；（3）改善表面成型，降低余高，提高焊缝表面质量；（4）背面不清根，减少层间清渣、打磨量，降低劳动强度，减少污染。考虑采用大坡口小钝边双面悬空埋弧焊工艺。5、埋弧焊的工艺参数埋弧自动焊的工艺参数，主要是指焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、焊丝伸出长度等。这些参数影响着焊缝的形状系数和熔合比，从而决定了焊缝的质量。5.1、焊接电流一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比。随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。同时，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加。随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。0IbhBHBHh电流不足电流适当电流过大电流小大I形坡口Y形坡口图二焊接电流对焊缝成形的影响5.2、电弧电压电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。40UbhBBHhH电压不足电压适当电压过大电压小大I形坡口Y形坡口图三焊接电压对焊缝成形的影响电流过大，熔深(H)和余高(h)过大，焊缝形状系数下降，易产生热裂纹，焊接过程中甚至引起烧穿；电流过小，易产生未焊透夹渣等缺陷。电弧电压过大，熔宽(B)显著增大，但是熔深(H)和余高(h)会减小，由于电弧过长，电弧燃烧就不稳定，易造成焊缝气孔和咬边缺陷，同时焊剂熔化量也增加，造成浪费；电弧电压过小，熔深(H)和余高(h)就加大，形状系数下降。表1：焊接电流与电弧电压匹配情况【1】焊接电流/A600～700700～800850～10001000～1200电弧电压/V36～3838～4040～4242～445.3、焊接速度当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。焊接速度过大，熔宽(B)显著减小，会产生余高(h)小、咬边、气孔等缺陷；焊接速度过慢，熔池满溢，会产生余高(h)过大、成形粗糙、未熔合、夹渣等缺陷。焊接速度较大时，熔深(H)随焊接速度的增加而减小；而当焊接速度较小时，随着焊接速度的增加，熔深(H)反而增加。为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。5.4、焊丝直径和伸出长度当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余5高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。埋弧自动焊时，焊丝的伸出长度一般为30～40mm。同时在焊接过程中还应控制焊丝伸出长度的波动范围一般不超过10mm左右。表2：焊丝直径和焊接电流匹配【1】焊丝直径/mm2345电流密度/(A/mm2)63～12550～8540～6335～50焊接电流/A200～400350～600500～800700～10006、埋弧焊在工程建设中的应用埋弧焊是焊接生产中应用最广泛的工艺方法之一。由于焊接熔深大，生产效率高、机械化程度高，因而特别适用于中厚板长焊缝的焊接。在造船、锅炉与压力容器、化工、桥梁、起重机械、工程机械、治金机械以及海洋结构、核电设备等制造中都是主要的焊接生产手段。随着焊接治金技术和焊接材料生产的发展，埋弧焊所能焊接的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及一些有色金属材料，如镍基合金、铜合金的焊接等。此外，埋弧焊用于抗磨损耐腐蚀材料的堆焊，也是十分理想的工艺方法。7、结束语我们采用了大口径管道悬空埋弧焊焊接施工技术，使焊接工效有了明显的提高。由于简化了施工工序、提高生产效率，任务提前完成，保证了我公司的信誉。若与手工电弧焊相比，每延米节约单价15％～20％，可降低综合造价。优良的焊接质量得到了业主、监理的一致好评，被评为华电灵武电厂二期的“质量亮点工程”，为灵武电厂争创“双国优”金奖奠定了基础。埋弧焊在保证质量的前提下能够显著提高效率、节约经济、节约人力与资源。今后电厂大中型机组的建设和投运，埋弧焊将在工程建设中的应用起到非常重要的作用。参考文献：[1]姜焕中.电弧焊及电渣焊，第2版.机械工业出版社，1992.[2]吴敢生.埋弧焊/实用焊接技术，第1版.辽宁科学技术出版社，2007.