火电厂是大气污染物排放大户,SO2排放总量占全国的50%左右。为了减少环境污染,火电厂机组在运行时都要启动脱硫装置。

近几年,甘肃火电工程公司承建的张掖电厂2×MW机组、靖远电厂3×MW机组烟气脱硫工程中,脱硫塔烟气进口部分全部采用镍基C合金或其它超强耐腐蚀合金。

《焊接工艺评定规程》DL/T—中规定:首次应用的钢材必须进行焊接工艺评定。因此,针对C合金的同种钢、异种钢焊接工艺是否可行,焊接接头能否满足性能要求等问题,对C合金的同种钢、异种钢焊接工艺进行了研究,以提供其可行与否的试验依据。

母材化学成分及力学性能

C合金是一种含W的Ni-Cr-Mo合金,其中Si和C的含量极低。C合金熔点为～℃,密度为8.9g/cm3。其特点是:在氧化和还原状态下,对大多数腐蚀性介质具有优良的耐腐蚀性,具有出色的耐点腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂能力。

近几年,各国研制开发出了近似或相当于C的材料,常见的如德国的W.Nr.2.(DINVdToV),法国的NC17D(AFNOR),美国的UNSN10(ASTM),日本的NiMo16-Cr15Fe6W4(JIS)等。

焊前准备

(3)镍基合金的热导率小,热膨胀系数大,为了减小焊后板材的变形,抵消收缩,将坡口开得较大,钝边留得较小并预先留出了反变形量。焊接试板坡口形式示意图如图1所示。

坡口加工后,对其两边进行精心打磨,露出金属光泽,并用干净的抹布和丙酮进行擦拭、清洗。

焊接方法

此次工艺试验采用氩弧焊,焊接时,采用角钢制成的保护罩,在待焊试件的背面充氩气,对背面焊缝进行保护,同时起到冷却焊缝的作用。

在角钢保护罩的周围,用高温胶带进行密封,防止空气进入,以免破坏熔池,产生焊接缺陷。

焊接试验采用气冷式氩弧焊枪,钨极选用铈钨极,规格为!2.5mm,!2.0mm。试验采用成都玛瑞电子设备厂生产的逆变焊机ZX7-S,采用直流正接法。

试验采用瓶装氩气,氩气纯度为99.99%。

焊接时,由具有丰富操作经验且责任心强的焊工施焊,以增加焊接成功率。

焊接工艺

定位焊

将试板固定在焊接支架上进行定位焊。焊接定位焊缝时,采用与正式焊接相同的焊丝和焊接工艺,定位焊缝间距为mm,焊缝高度为3～4mm,长度为10～15mm。定位焊焊接电流为90～95A,电弧电压为9V。

反变形

通过练习发现,该钢由于热膨胀系数较大,导致焊接变形较大。为了减小变形,在正式焊接前,预留了反变形量,反变形最佳角度为4°～5°。

打底焊

先将保护气体流量控制在10～20L/min,气体流速稳定后,开始焊接。为了保证焊接质量,根据焊接操作工艺的要求,焊接时需要一名辅助人员。打底焊的同时,辅助人员要与施焊焊工同时仔细观察焊接熔池,随着焊枪的移动,迅速撕去覆盖在板材焊道上的高温保护胶带,以利于后续焊道的焊接。撕胶带的动作一定要快而准,若太快,焊丝还没有到焊道跟前,空气就进入,破坏了保护气氛,极易造成烧穿或群孔等缺陷;若太慢,在焊丝行进到焊道跟前时,高温胶带还没有除去,焊接电弧的高温会迅速使胶带与焊丝、熔池铁液粘结,同样会产生焊接缺陷。

打底焊时,焊丝尽量不摆动,由于随着焊接的进行,焊道中的热输入越来越大,使得焊接熔池越来越容易流动,加之间隙的存在,经常会出现熔池突然塌陷的现象。这就要求焊工一定要掌握合适的焊接速度和焊枪角度。

填充焊

填充焊之前,用红外线测温仪测量焊接试板的温度。根据相关资料介绍,C合金道间温度在℃以下就可以焊接。经过反复试验,试板冷却到50℃以下,即在40～50℃时,进行次层的焊接,焊接质量较好。

焊接时,第1道(以1G为例)从距焊工较远开始,焊速比打底焊时稍快,注意焊丝一定要紧贴着坡口边缘,将坡口处的母材和焊丝一起熔化,切不可因为摆动较小而直接线形熔入焊道,这样容易造成夹沟和咬边。第2道焊接采用的方法与第1道相同,但要从距焊工较近处开始,注意与前一道焊缝要圆滑地熔合在一起。

盖面焊

填充焊后,检查没有缺陷,进行盖面焊。焊接前应检查钨极,若钨极端部出现污染或形状不规则时,更换钨极,以获得美观的焊缝表面,保证焊接质量,盖面焊时采用!2.0mm的钨极比较好。

盖面焊时的焊接电流和电弧电压稍大于填充焊的,分3道进行。这样焊出的焊缝表面才能饱满、圆滑。最后一道盖面焊,速度更快些,兼顾两侧,稍熔焊缝边缘,使熔池均匀前行,铁液向两边流淌。焊接工艺参数见表2。

焊接过程注意事项

(1)每焊完一道,必须认真清理焊道,消除目测所见缺陷后才能进行下一道焊接,切不可用大电流强吹的方法除去或熔去缺陷,可以用磨光机磨去较大的凸起,保持焊道的高度均匀。(2)焊前一定要先送保护气,再送焊接气;同时要做到先停丝再停气,充分保证焊丝在保护氛围内焊接。(3)焊接过程中,在每一道焊完后,立即用湿布蘸水擦拭焊缝两侧,使焊件快速冷却,缩短高温停留时间,以获得优良的焊接接头。

试件的理化试验

(1)试板焊后按JB—进行X射线探伤,Ⅰ级合格,然后根据DL/T—《焊接工艺评定规程》中的规定,制备成试样,进行理化试验。

由于C合金为哈氏镍基高强耐腐蚀合金,有较高的强度和优良的耐腐蚀性。因此,准备了5组试样来进行对比试验(C+C同种钢焊接2个位置、C+Q异种钢2个位置及C钢母材试样)。

2)对C+C同种钢焊接2个位置中1G的试验值都达到了ASTM标准的规定,C+C同种钢焊接2个位置中3G的试验由于试样断在了夹头处而无法测量。分析认为,采用直试样焊接试验不易控制和测量准确,决定采用肩形试样,以便验获准确的数值。

重新焊接C+C同种钢3G的试板,并检验合格后,进行了试样的制备。其后的理化试验较顺利,各项数值都达到了标准的要求。弯曲试样的试验结果也符合标准的要求。mm×6mm2块钢板拼接的mm焊缝及mm×mm×6mm,mm×mm×6mm的mm拼缝,mm×mm×6mm与mm×mm×6mm钢板时的mm焊缝,mm×mm×6mm的通长焊缝时按先短后长的次序进行焊接,即先焊mm的拼缝,再焊mm的焊缝及mm的长焊缝,最后焊接mm的通长焊缝。

在拼板宽度为,mm的钢板拼缝焊接时,在焊缝两端80mm范围内出现翘起现象,采取以下措施:①采用压板整形处理,由于在焊接过程中,焊接变形总是向着热源的方向发生和发展,因而,可在焊接的一侧均匀放置压块,一方面压平了钢板,保证了焊缝的平直,另一方面又防止了焊接变形;②在组对坡口时可将带有缝隙的引弧熄弧板固定在焊接刚性平台上,但不能将拼焊板的坡口处与焊接操作平台点焊死。

由于拼板的面积比较大,且板又薄,在拼焊完毕后容易发生波浪变形,但由于拼焊焊缝少,其变形不明显,所以对波浪变形的控制主要通过采用二次火焰切割,释放应力来解决。

效果

1)注意焊剂的颗粒度选择,将回收的焊剂用自制的14～8目筛子进行焊剂的重复筛选,去除粉状焊剂,保留施焊的焊剂的直径在1.45～2.5mm范围内,按焊接工艺进行焊接,可减小并消除焊缝表面的局部凹坑/压气现象。

(2)引弧/熄弧板的拼缝组对与点固,使得拼焊的钢板焊缝减小了出现焊接裂纹的几率,在拼焊的焊缝中仅出现2次终端裂纹,控制措施良好。(3)焊前坡口的清理及保证焊接坡口的平整度是获得良好焊接质量的前提。

4)焊接前坡口两侧20～30mm范围内的气体火焰烘烤去除残留在缝隙及钢板底部的水蒸气是减少气孔的必要措施,除第1层板的第7块板在焊接过程中出现断续气孔(2张RT底片反映)外,其余所有的焊缝均未出现气孔现象,控制效果显著。(5)焊接工艺参数范围内的合理匹配及局部的打磨修磨,可大大减小钢衬里壁板内表面焊缝在PT检查过程中的伪缺陷,有利于保证焊缝的焊接质量。

(6)钢衬里壁板的二次火焰切割精确下料对于减小拼板的波浪变形有良好的控制作用

结论

1)SAW方法焊接时按评定合格的焊接工艺,依照钢板实际尺寸采用合适的焊缝成形系数及熔合比,能保证熔透,减小焊接缺陷。(2)对于大型薄钢板的焊接,在运用SAW焊接时,采用规格为(80~mm)×(~mm)的引弧/熄弧板,并保证其组对坡口与工件相同,采用相同的焊接工艺参数,可减小终端结晶裂纹的产生几率。(3)大面积钢板拼焊完成后采用二次火焰切割精确下料对于减小拼板的波浪变形有良好的控制作用。(4)对于所有的SAW焊接,采用焊剂的直径在1.45～2.5mm范围内。按焊接工艺进行焊接,可减小并消除焊缝表面的局部凹坑/压气现象,保证良好的外观成形。