镜面焊焊接工艺的培训与实践

镜面焊工艺的培训与实践运用霍正荣（江苏省电力建设第一工程公司江苏省南京市210001）摘要：本文主要介绍了镜面焊培训过程的控制，并说明了将基础练习、坡口练习、镜面焊位置练习、全位置练习、对应条件练习、考核这六个阶段是如何遵循由易至难原则进行合理分解操作的要领。在实践运用中，着重说明了如何把省煤器设定为适应性项目，及怎样给镜面焊项目按难度分级，以便于更合理的根据焊工技能进行工作安排，有效地控制焊接质量，最终达到培训、实践、高合格率的目的。关键词：镜面焊；培训；实践运用；质量。1.前言虽然早在上海外高桥塔式锅炉和浙江宁海工程都已经采用了镜面焊工艺这种焊接方法，但华润彭城的塔式锅炉还是我公司首次安装的牵涉大量镜面焊的工程，所以在镜面焊焊接方面基本还属于盲区，为此我们专门收集了相关培训资料，并派人到浙江火电公司学习相关经验。在以往的工程中，也有过特别困难的位置利用镜子焊接的情况，但那毕竟是用于数量极少的焊口上，仅仅只能算作是凑合式的一种方法，并没能真正掌握其焊接技巧。在彭城工程塔式锅炉上有近万只的焊口都需要镜面焊，那么培训出我公司自己的镜面焊焊工是势在必行，不然根本就无法进行塔式锅炉三器的安装焊接工作。2.概述彭城电厂三期扩建工程2×1000MW超超临界燃煤机组的锅炉为我公司首次安装的塔式炉型，从焊接角度来说，塔式锅炉主要有三个难点。第一，材料档次高，锅炉受热面大量使用了T23和T91以上的高合金钢材料，其中T23焊口14248只，T91焊口7784只，T92焊口5796只，SUPER-304及HR3C焊口6526只焊口；第二，三器安装焊口几乎为同步施工，高水平焊工的需求大；第三、也就是最大的难点，部分焊口需要采用镜面焊工艺。这主要是因为锅炉结构设计紧凑，三器（省煤器、过热器、再热器）13层21只集箱分布于锅炉上部的62.5～106.5米之间，分炉前炉后布置，近4万只焊口全部集中在这个标高段，高度密集的管排导致了焊接位置狭小，很多部位焊工都不能在焊接时直接看到所焊部位的熔池。其中省煤器、一级再热器和二级过热器的散管接炉膛内管排的8818只安装焊口的焊接位置最为困难，必须采取镜面焊的焊接工艺方法才能进行焊接（见表一）。另外，一级过热器进口S弯的623只焊口，省煤器、一级再热器和二级过热器集箱连接散管的部分焊口也需要采用镜面焊才能完成焊接。表一镜面焊焊口数据表序号部件名称规格材质焊口数量一次合格率1省煤器进口散管与管排焊口ф42.2×6.5SA210C142498.45%2省煤器出口散管与管排焊口ф42.2×6.5SA210C142498.59%3二级过热器进口散管与管排焊口Ф48.3×6.5SA213T91124698.95%4二级过热器出口散管与管排焊口Ф48.3×6.8SUPER304H124699.20%5一级再热器进口散管与管排焊口Ф57.2×3.8115CrMoG142499.23%6一级再热器出口散管与管排焊口Ф57.2×3.81SA213T91142499.09%合计81883.镜面焊的培训3.1镜面焊培训的人员选择参加镜面焊培训的焊工，首先要有工程中镜面焊焊口的相应合格项目，其次是优中选优。按照要求，在彭城工程共培训26名镜面焊焊工，实际参加培训人员共35人，这主要考虑到有些焊工可能难以通过考核关和择优录取的原则。为了更快更好的做好镜面焊培训工作，专门挑选了四名技能全面且有镜面焊经验的焊工，作为首批学员参加镜面焊培训，同时有计划的将这些焊工培养成助理教练，以协助培训班的指导老师做好镜面焊培训工作。3.2培训设备及工器具的准备电焊机，选用的是ZX7－400STG型高频引弧焊机，共十台。练习架，为了达到模拟练习的目的，专门按照图纸制作了与现场实际位置相符的管排和集箱模拟练习架。其中有模拟省煤器、一级再热器、二级过热器、集箱四种位置和尺寸的八套练习架。氩弧焊枪，由于管排之间及管子之间的间距均比较小，焊接位置尴尬，常用的氩弧焊枪已经不能适应施工的需要，以便于操作，所以定购了有挠性的氩弧焊枪8把。镜面焊镜子，采用的是不锈钢镜面。镜面定制了45×65mm和30×50mm两种尺寸，以便于焊工根据个人习惯和焊口位置的实际情况进行选择。镜面与托架之间是用使用的金属软管，以方便焊工根据焊接位置调节。托架有磁性和卡具两种，这主要是考虑到二级过热器Super-304无磁性。练习材料，根据培训的需用量购买了所需的焊材，钢管根据培训计划的需要进行了加工，并准备了足够的数量。3.3镜面焊培训流程按照培训方案将培训工作分为六个阶段来执行（见流程图1），具体内容如下：流程图1培训工作的六个阶段第一阶段为基础练习：用碳钢材质的光管练习，计划时间为一周。这种练习不限制焊接位置，也不要求练习管打坡口留间隙，但要求焊工必须看着镜面中的熔池来操作，习惯逆向思维，增强视觉思维与手配合的协调度，促进手与脑达到有效的协调。目的是使焊工学习镜面焊的基本操作技巧。第二阶段为坡口练习：将碳钢材质的光管加工成坡口形状进行练习，计划时间为一周。协调度达到一定熟练程度以后，就要培训焊工对焊缝成形的控制。这一阶段也不限定位置，主要是让焊工在镜面操作过程中在不同位置收弧，并重新引弧接头直至焊出一条完整的焊缝。目的是使焊工逐步适应如何在镜面中观察熔池、控制熔池，并在镜面中控制焊还缝宽度和高度。第三阶段为镜面焊位置练习（见照片1）：用碳钢材质的钢管，对口留间隙点焊后放置在专用练习架上只进行镜面位置的练习，计划时间为二周。练习过程中要求焊工有打底焊，填层焊，和盖面焊，每次将镜面焊位置焊好后转动练习管，再次处于镜面焊位置后接头焊接。这项练习的打底焊还要将内加丝法和坡口加丝法两种方法分别练习，以保证能够适应安装过程中对口间隙的变化。目的是让焊工在练习过程中针对性地强化镜面焊位置的焊接，使镜面焊位置的焊接不再是影响整道焊缝的薄弱环节。第四阶段为全位置练习：用碳钢材质的钢管，固定在练习架模拟现场位置进行练习，计划时间为一周。练习过程中要求焊工学习将镜面调整到最佳的可视角度，操作过程中焊枪的摆放和角度调整都是学习的重点。一只焊口焊接完成后，焊口的焊缝需要有镜面焊和非镜面两部分组成，并对焊缝进行外观检查，检查合格后还要采用RT拍片检测，来确认练习焊口的内在质量。目的是检验焊工是否能够在模拟现场条件下，焊接完成外观和内在质量都符合要求的整道焊口。第五阶段为对应条件的练习（见照片2）：练习的钢管分别要有15CrMoG、Ф57.2×3.81，SA213T91、Ф57.2×3.81，SA213T91、Ф48.3×6.5，SUPER304H，Ф48.3×6.8，焊丝分别为R31，MTS-3，ERNiCrCoMo-1(T617),这种对应条件练习，计划时间为二周。这个阶段是整个镜面培训过程中最重要的部分，通过这种模拟现场所有条件的练习使焊工真正掌握镜面焊的焊接技巧，能够满足实际安装焊接的要求。基础练习坡口练习全位置练习镜面焊位置练习对应条件的练习考核第六阶段为考核：考核要求，每一个参加培训的焊工都必须将每一种规格、每一种材质，连续六只焊口外观和内在质量都合格后，为镜面焊培训合格。照片1照片24.镜面焊在工程中的实践与运用4.1安全措施由于镜面焊焊接时，空间狭小、位置尴尬，焊工戴上安全帽进行焊接时可能会影响视线，增加操作难度，所以在每一个镜面焊施工区域都搭设了安全隔离层，以保证作业范围内的焊工安全。4.2挡风及环境温度的控制彭城工程的所有镜面焊口，全部都采用全氩弧工艺焊接，主要是考虑到镜面焊位置困难，氩弧焊枪操作时更易于控制。但氩弧焊对风更为敏感，特别是镜面焊位置如果造成返修难度将是非常的大，所以这就要求作业区域的挡风措施到位，将环境对焊接质量的影响减小到最低点。在镜面焊作业区全部都用防火油布进行封闭，水冷壁穿墙孔全部用胶带粘贴以防止窜风，同时增设取暖器加热，冬季施工时既保证作业区处于无风状态，又保证了环境温度。4.3专用工具的配备镜面焊工焊接时，不仅配备常规的电动工具，同时还定制了可以镜面焊位置的焊缝进行打磨的专用电磨（照片3）。这种专用电磨是将普通切割片加工成50mm直径，然后安装在电磨机上，当镜面焊位置的焊缝出缺陷或需要对接头打磨时，可以从两排管子的间隙中对焊缝进行打磨。通过对每一段焊缝质量的严格控制，不仅有效的提高了焊接一次合格率，同时也降低了因镜面焊返修对整个工程进度造成的影响。4.4适应性项目的设定省煤器规格ф42.2×6.5，材质SA210C，必须采用镜面焊的焊口1424只，可能需要镜面焊的焊口（集箱收口处）256只。无论是从规格还是材质来说，在所有镜面焊焊口中，省煤器镜面焊的难度相对较小，所以在本工程中省煤器就作为适应性过渡项目来安排的（照片4）。所有镜面焊培训合格后的焊工，首次焊接的镜面焊焊口都必须是省煤器。在焊接过程中，这些镜面焊焊工，无论是管排焊接还是集箱焊口的焊接都必须采用镜面焊工艺进行焊接。当第一批次的8名焊工逐步适应后，再转入下一个镜面焊项目，然后第二批次的焊工再从省煤器镜面焊开始适应，以这种方式使镜面焊工经过由易至难，循序渐进的过程中得到提高。4.5一级再热器的焊接（见照片5）一级再热器规格Ф57.2×3.81,进口焊口材质15CrMO，出口材质SA213T91，管排是178片，和省煤器相同，但一级再热器管径比省煤器大15mm,所以两根管子之间的间隙就要小15mm.这对原来就有操作难度的镜面焊来说，其影响可想而知。当客观存在的困难不可改变，那么可以改变的就是焊工了，为此，我们安排了技能最突出的焊工专门负责这项工作的攻关。为了保证质量，每天规定每个焊工只焊接一片管排的8只焊口，并要求焊工在工作过程中保持精神状态饱满，注意力集中，发现有疑似缺陷都要及时处理，特别是材质SA213T91焊口，还要充分考虑到高合金钢材质的附加难度系数。需要做热处理的焊口，当天焊口焊接完毕及时进行热处理，硬度检测合格后再进行RT检测，当确RT检测合格后再进行下一排8只焊口的焊接。一级再热器共2848只焊口，以每天四人焊接32焊口正常计算，应该需要89天，但考虑返修和一些未知因素的影响，我们给这个镜面焊项目设定120天的工期目标。4.6二级过热器的焊接（见照片6）二级过热器镜面焊从空间位置上来说，材质SA213T91，规格Ф48×6.5的镜面焊焊口难度相对要大一点，同时还有热处理的过程可能会带来的影响，在焊接过程中必须严格控制每一个环节。而材质Super-304，Ф48×6.8的镜面焊口因为只有89片管排，所以焊接难度不大，但因为是选用的ERNiCrCoMo-1(T617)，焊接工艺性能较差，还是要给予充分重视。从以上两点来看，二级过热器镜面焊的难点，更多的是在材质档次高这方面。4.7镜面焊收口操作无论是哪一个镜面焊项目，最大的难点都是收口位置的焊接。所谓收口，就是两个作业点的管排延伸至交界处的那一部分焊口。当两个交界处还剩下八片管排时，就必须由片状焊接改成层状焊接（例：15排1～8号为片状，15～22排1号为层状），不然最后几片管排的焊口就无法焊接。收口的镜面焊难度增加是因为位置更狭小，焊工的视线更差，即使采用镜面焊接最后也有两只焊口无法操作，所以对口过程中要将已焊好的管排尽可能拉出一些间隙。随着收口位置的出现，焊接作业点可能在减少，如果出现焊口RT检测不合格或者硬度检测不合格时，有必要停止焊接，待确认这些检测都合格后方可再进行下一层焊口的焊接，不然就无法返修或检测。当管排出现收口时，炉膛外集箱位置的焊口也会形成层状，焊接时也需要采用镜面焊，如果同步焊接的焊工未经过镜面焊培训，可以对焊工进行调整，以保证能够满足技术需要。照片3照片4照片5照片65.镜面焊合格率在彭城工程，共有8188只镜面焊口（如表一所示），但实际安装过程中我们约有11000多只焊口采用了镜面焊，这超出必须镜面焊的3000多只焊口，主要是和镜面焊口相对应的集箱。这些焊口即使不用镜面焊也能焊接，但为了给镜面焊培训合格的焊工锻炼的机会，我们都要求焊工在焊接过程中尽可能多用镜面焊。在焊接过程中，虽然焊接难度增加了，但因为焊工能够以认真严