膜式水冷壁管屏拼接中的試驗及應用

1、第38卷第1期2007年1月鍋爐技術BOILER TECHN(LoGYV01.38,No.1Jan.2007文章編號:CN311508(2007010056一03脈沖埋弧焊技術在膜式水冷壁管屏拼接中的試驗及應用傅育文1,王炯祥1,亓安芳1,劉信詮1,盧征然1,李桓2關鍵詞:水冷壁;脈沖埋弧焊;咬邊摘要:使用埋弧焊(SAw進行鍋爐水冷壁管屏生產(chǎn)時,如何在保證焊接質(zhì)量的前提下.提高焊接速度是需要解決的技術難點。上海鍋爐廠有限公司采用脈沖埋弧焊口21技術,對水冷壁管屏拼接工藝進行了焊接試驗和產(chǎn)品試生產(chǎn)。實踐證明,脈沖埋弧焊相比常規(guī)的直流埋弧焊能提高焊接速度13%25%.改善水冷壁管屏生產(chǎn)中因速度提高

2、而產(chǎn)生的咬邊等成形不良問題,使焊縫質(zhì)量更加優(yōu)良,有效地提高了焊接生產(chǎn)率。中圖分類號:TG445文獻標識碼:B1前言為緩解鍋爐制造中水冷壁管屏拼接埋弧自動焊生產(chǎn)能力不足帶來的壓力,在保證焊接質(zhì)量的前提下,提高拼排速度是非常迫切的要求。普通的直流埋弧焊,在提高焊接速度時,焊縫會產(chǎn)生大量咬邊。咬邊會造成接頭應力集中,是耐熱、耐腐蝕結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),應該盡量避免4。同時,提高速度后,熱輸入量下降,熔深減小,難以滿足焊縫質(zhì)量要求。為了解決這一矛盾,上海鍋爐廠有限公司采用新工藝脈沖埋弧焊技術進行膜式水冷壁管屏拼接,獲得了理想的效果。2脈沖埋弧焊工作原理脈沖埋弧焊是利用焊接電流周期性地變化提高焊接速度、改善焊

3、縫成形且獲得較大熔深的一種先進的焊接方法。脈沖埋弧焊過程中,焊接電流周期性的變化,使作用在熔池的電磁力也作周期性變化,形成有規(guī)律的振蕩,增強了熔池的攪拌,使熔池邊緣的液態(tài)金屬溫度升高,熔池中的溫度場變得相對均衡.從而減小其表面張力系數(shù),有利于液態(tài)金屬和母材充分潤濕、鋪展。同時,在周期性變化的電弧力、熔滴沖擊力和表面張力合力作用下的熔池振蕩將熔池金屬有效地向金屬過渡不到的部位排擠,增加熔池與母材的接觸面積。因此,將焊接電流由直流變?yōu)槊}沖?？捎行У叵捎诤杆偬岣叨斐傻囊н叺葐栴}。與此同時,由于焊接平均電流增大,熱輸入量亦增大,焊縫金屬熔敷量不會因為焊速增大而降低,焊縫質(zhì)量能得到較大地提高。由于

4、焊接過程中,手動調(diào)節(jié)焊接電流是通過改變控制電路的給定電壓,從而改變晶閘管導通角來實現(xiàn)?；谶@一原理,MK一03型電弧焊脈沖發(fā)生器通過一套單片機系統(tǒng)控制給定電路,從而達到輸出脈沖焊接電流的目的。同時,脈沖參數(shù)可通過該控制系統(tǒng)進行設置、調(diào)節(jié)。采用脈沖埋弧焊技術的優(yōu)點有:(1在滿足焊縫成形及熔深要求的基礎上,提高膜式水冷壁管屏拼接速度;(2改善焊縫質(zhì)量;(3為滿足焊縫的成型要求,可通過調(diào)節(jié)峰值電流、基值電流、脈沖頻率、脈寬比、峰值電壓、基值電壓等諸多脈沖參數(shù),最終得到滿意的焊縫。3脈沖埋弧焊試驗3.1焊接設備的選用埋弧自動焊機采用上海鍋爐廠有限公司膜式壁車間l6004正面和反面水冷壁拼排埋弧焊機,四

5、焊炬,最大拼接寬度1.6m。焊接電源為收稿日期:2006一02一08;修回日期:2006一0224作者簡介:傅育文(1978一.男,工程師.從事鍋爐及壓力容器焊接工藝方面工作。第l期傅育文,等:脈沖埋弧焊技術在膜式水冷壁管屏拼接中的試驗及應用Ljncoln DC600,其工作參數(shù)為:額定電流600A,額定電壓44V,持續(xù)負載率100%。脈沖設備選用MK一03型電弧焊脈沖控制器,外接式,與焊接電源連接后,輸出脈沖焊接電流。其脈沖頻率、脈寬比、峰值電壓、基值電壓等均可調(diào)。3.2焊接試驗試驗使用脈沖埋弧焊拼接水冷壁管屏,選用的管材、焊材規(guī)格、管屏結(jié)構(gòu)、焊接材料及采用的焊接規(guī)范如表l。與常規(guī)直流埋弧焊

6、拼接管屏相比,焊接平均電流由原來的400420A增大為460480A,焊接速度由1.o1.1m/min提高至1.241.40m/min。表1脈沖埋弧焊試驗焊接規(guī)范3.3試樣檢查脈沖埋弧焊試驗過程中,設備運行正常,使用該工藝拼接的管屏,其焊縫質(zhì)量比常規(guī)焊縫質(zhì)量更優(yōu)良。具體表現(xiàn)在:對其進行外觀檢查,焊縫略寬,比較飽和,成形良好;對其進行宏觀金相檢測,熔深更大,焊腳高度K等數(shù)據(jù)均能滿足考核要求。圖1及圖2為9.5mm扁鋼不開坡口與開坡口焊縫的宏觀檢測照片。圖1厚度d=9.5mm不開坡口扁鋼圖2厚度占=9.5mm開坡口扁鋼4脈沖埋弧焊的應用使用脈沖埋弧焊進行水冷壁管屏拼接生產(chǎn)3個月,產(chǎn)品按扁鋼規(guī)格分類

7、主要有不開坡口:6.o mm34.5mm,15CrMo;6.O mm X13.0mm, Q235一A;6.4mm18.4mm,SA一387GRl23種扁鋼和開坡口9.5mm21.4mm,SA一387GRl2扁鋼。焊縫總長度達40余萬米,焊機運行正常,焊縫質(zhì)量穩(wěn)定、可靠。下面從2方面對脈沖埋弧焊與常規(guī)直流埋弧焊進行比較。4.1焊接速度采用脈沖埋弧焊技術的主要目的是在滿足焊縫成形及熔深要求的基礎上,提高膜式管屏埋弧自動焊的工作效率,也即提高焊接速度。為滿足焊縫熔深要求,常規(guī)直流埋弧焊管屏拼接一般情況下焊接速度不超過1.1m/min。采用脈沖埋弧焊,焊接速度可達1.31.45m/ min。表2為采用

8、脈沖技術的l600x4焊機與常規(guī)直流8004焊機焊接速度對照表。由表可知,采用脈沖技術后焊接速度可提高13% 25%。 表2脈沖焊接與常規(guī)直流焊接速度比較58鍋爐技術第38卷4。2焊接質(zhì)量焊接速度的提高必須在保證焊接質(zhì)量的基礎上才有意義。事實證明。使用脈沖埋弧焊拼接的管屏,其焊縫質(zhì)量比常規(guī)直流焊縫質(zhì)量更優(yōu)良。具體表現(xiàn)在:焊縫比較飽和,焊縫寬度B與熔深H均比采用直流埋弧焊的焊縫大。成形方面,咬邊和氣孔的出現(xiàn)率大大減少。圖3為2000t亞臨界產(chǎn)品水冷壁管屏中管子與扁鋼拼接焊縫宏觀檢測照片圖。圖3中管子規(guī)格為d51.o mm6.5mm,20g;扁鋼規(guī)格6.o mm13.omm,Q235一A。焊接速度

9、1.421.45m/min,焊接電流460480A,焊接電壓2830V。 圖3d一6.omm扁鋼與管子拼接焊縫5總結(jié)通過對脈沖埋弧焊進行焊接試驗、產(chǎn)品試生產(chǎn)說明,該項技術不僅能改善埋弧焊在水冷壁管屏生產(chǎn)中因提高焊接速度而產(chǎn)生的成形不良等問題,更能有效地提高生產(chǎn)率。與常規(guī)直流埋弧焊相比,脈沖埋弧焊技術突出的優(yōu)點有:(1焊接速度約提高13%25%。即由原來的1.o1.1m/1in提高到1.241.45m/疵n。(2焊接質(zhì)量得到提高。焊縫飽滿,寬度B 和熔深H更大,咬邊與氣孑L明顯減少。參考文獻:1杜乃成.脈沖埋弧焊方法研究與應用探討D.天津:天津大學,2003.2郭海云,李桓,劉瓊,等.脈沖參數(shù)對

10、脈沖埋弧焊過程動態(tài)仿真波形的影響J.焊接學報,2005.26(9:6164.3Li Huan,zhang Baohong et.simulation of pulse submergedarcwelding dynamicprocessJ.Transactions of the chinaWelding Institution,2005,26(4:912.4李桓,郭勝.劉瓊,等.脈沖埋弧焊在提高電站鍋爐模式水冷壁生產(chǎn)效率中的應用A.2005能源工程焊接國際論壇焊接論壇論文集c.上海,2005.Experiments and AppIicatiOns of PuIse Submerge ArcW

11、eIdingTechnique in JoInt ing Membrane VVater-walIsFU Yuwenl,WANG J iongxian91,QI Anfan91,LIU Xinquanl,LU Zhengranl,LI Huan2(1.Shanghai BoilerWorks,Ltd.。Shanghai200245.China;2.School of MaterialsScience and Enginee ring,Tianjin University,Tianjin 300072,ChinaKey words:waterwall;pulse submergearcweldi

12、ng;undercutAbst ract:Weldingwaterwalls of b。訂er throughSAW method,howtoimproVe the speed of weldingisatechnical pointonthe basisof ensuringthequality ofweldingjoints.Shanghai BoilerWorks Limitedintroduces pulse submergearcwelding technique to assemble waterwalls andagreatdealof weldingexperimentswer

13、ecarriedout.The experimentsproved that the welding velocity of pulse submerge arcwelding was higher 13%15%thanthat of normal direct submergearcwelding and the method could improve the formation of weld and decrease weld undercut.The quality of the joints will be better and efficiently itwill enhance

14、 weldingproductiVity. 脈沖埋弧焊技術在膜式水冷壁管屏拼接中的試驗及應用作者:傅育文, 王炯祥, 亓安芳, 劉信詮, 盧征然, 李桓, FU Yu-wen, WANG Jiong-xiang , QI An-fang, LIU Xin-quan, LU Zheng-ran, LI Huan作者單位:傅育文,王炯祥,亓安芳,劉信詮,盧征然,FU Yu-wen,WANG Jiong-xiang,QI An-fang,LIU Xin-quan,LU Zheng-ran(上海鍋爐廠有限公司,上海,200245, 李桓,LI Huan(天津大學,材料科學與工程學院,河北,天津,300

15、072刊名:鍋爐技術英文刊名:BOILER TECHNOLOGY年,卷(期:2007,38(1被引用次數(shù):1次參考文獻(4條1.杜乃成脈沖埋弧焊方法研究與應用探討學位論文 20033.Li Huan.Zhang Baohong Simulation of pulse submerged arc welding dynamic process期刊論文-Transactions of the China Welding Institution 2005(04相似文獻(3條針對鍋爐膜式水冷壁埋弧焊中提高焊速后產(chǎn)生咬邊的缺陷,本文提出采用脈沖埋弧焊工藝,利用脈沖焊接中電流的周期變化下熔池產(chǎn)生規(guī)律振蕩的

16、原理,成功解決了高速埋弧焊的咬邊問題.實際生產(chǎn)結(jié)果表明,在提高焊速2045的前提下,脈沖埋弧焊工藝能夠得到表面和根部熔深完全符合生產(chǎn)要求的焊縫,該工藝取得了很大的成功.簡述了脈沖埋弧焊的工作原理和焊速提高時改善焊縫成形的機理.介紹了脈沖埋弧焊在鍋爐膜式水冷壁焊接生產(chǎn)中的具體應用情況;結(jié)合脈沖技術在埋弧自動橫焊中的試驗情況分析了脈沖埋弧焊在儲罐橫焊施工中的應用前景.3.學位論文郭勝脈沖埋弧焊工藝研究及工程應用2005針對普通埋弧焊工藝在焊接厚板時,采用大的熱輸入量,造成焊接熱影響區(qū)粗晶區(qū)過熱,晶粒粗大,提高焊速后成形變差導致咬邊等缺點,參考國內(nèi)外埋弧焊的發(fā)展趨勢,本文提出了一種新型的采用直流脈沖

17、電流(或電壓的埋弧焊工藝-脈沖埋弧焊。本文簡要介紹了以單片機為核心的脈沖控制器的原理,利用正交試驗設計法設計并進行了脈沖埋弧焊試驗。研究了陡降外特性焊接電源匹配變速送絲機系統(tǒng)脈沖埋弧焊的脈沖參數(shù)(基值電流,峰值電流,頻率,脈寬比對焊縫成形的影響。試驗結(jié)果表明,該脈沖埋弧焊工藝能夠通過改變脈沖參數(shù),有效控制焊縫的成形;在同等熱輸入量條件下,脈沖埋弧焊焊縫及熱影響區(qū)(HAZ的晶粒尺寸較小;在合適的頻率范圍內(nèi)(對于本焊接系統(tǒng),該頻率為25Hz附近,相對同等有效值的直流埋弧焊接能得到更大的熔深。針對生產(chǎn)中提高焊速中埋弧焊成形變差(主要是咬邊的焊接問題,提出了在生產(chǎn)中采用平特性焊接電源匹配等速送絲系統(tǒng)的脈沖埋