CN103418886A - 高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其工艺过程如下：第一步，在高压换热器管板上带极埋弧堆焊碳钢，100%UT、100%MT探伤合格后，堆焊层与管板热处理，机加堆焊层至6-8mm，管板坡口结构：采用平齐的坡口型式，低碳钢管子与管板堆焊层平齐，管板堆焊层封口焊坡口倒角2×45度；第二步，焊前预热80-100℃；焊前将低碳钢管子点焊在管板堆焊层坡口内，点焊时根部需熔透，不加焊丝；第三步，采用自动氩弧焊进行坡口封口焊；封口焊完成后，对焊口进行100%PT探伤，消除焊缝表面缺陷。通过本发明工艺所得的碳钢封口焊焊缝表面光滑平整，焊缝近表面和表面均无针状气孔，完全能经受给水的长期冲刷。

Description

高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺

技术领域

本发明涉及一种堆焊层与低碳钢管子封口焊的焊接工艺，尤其涉及一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，属于焊接技术领域。

 

背景技术

300-600MW高压加热器（以下简称高加）的低碳钢管子管板进行封口焊，其作用是保证高加水室给水流入U型管与壳侧蒸汽进行热交换，300MW高加给水工作压力为18-20MPa，焊口为3000多个，600MW超临界高加给水工作压力为29-32MPa，焊口为6000多个，如原高加低碳钢管子管板结构为低碳钢管子伸出管板3-5mm，封口焊为角接。由于给水压力高，给水流速大，在封口焊处阻碍给水流速，封口焊冲刷大。另外，高加管板堆焊层由原来的不锈钢堆焊层改为低碳钢堆焊层，其原因是因为：不锈钢堆焊层成本高，低碳钢管子与管板不锈钢堆焊层为异种钢接头易产生根部裂纹。U型换热管采用低碳钢，焊接时低碳钢熔敷金属中H的溶解度比奥氏体不锈钢的溶解度小，加之不锈钢的导热率约为碳钢的三分之一，不锈钢从液态冷却至固态的时间比碳钢时间长，有利于气体的逸出，因此低碳钢比不锈钢更容易产生气孔。在焊接过程中，高加封口焊一直用自动氩弧焊，由于采用脉冲电流，焊缝金属凝固快，所形成的气体来不及逸出而在焊缝中和焊缝表面形成针状气孔，所以自动氩弧焊比手工氩弧焊和手工电弧焊更易产生气孔。

由于以上两原因，高加封口焊在电厂运行过程中常常出现封口焊泄漏，只要一个焊口有表面或近表面气孔，又由于高加水室给水压力高，加之封口焊结构对给水阻力大，在很短的时间内该焊缝就冲刷为小孔而出现封口焊泄漏。

 

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，解决高压碳钢封口焊的冲刷和焊缝中或焊缝表面气孔的技术问题，保证了大量封口焊焊口长期的可靠性，从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其工艺过程如下：

第一步，在高压换热器管板上带极埋弧堆焊碳钢，100%UT、100%MT探伤合格后，堆焊层与管板热处理，机加堆焊层至6-8mm，管板坡口结构：采用平齐的坡口型式，低碳钢管子与管板堆焊层平齐，管板堆焊层封口焊坡口倒角2×45度；

第二步，焊前预热80-100℃；焊前将低碳钢管子点焊在管板堆焊层坡口内，点焊时根部需熔透，不加焊丝； 

第三步，采用自动氩弧焊进行坡口封口焊；

第四步，封口焊完成后，对焊口进行100%PT探伤，消除焊缝表面缺陷。

作为一种优选方式，在第三步中，焊接机头定位为三点定位；采用直径大于焊后胀接胀杆直径0.2-0.3mm的紫铜定位芯棒，紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管子内，伸出低碳钢管子0.5-1mm。

作为进一步优选，在第三步中，焊接时同时采用2-4台焊机对称焊接，焊接完一个焊口后，再焊相邻的焊口。

作为进一步优选，在第三步中，焊接工艺如下：焊丝为低碳钢焊丝，焊丝规格为Φ0.8mm-1.0mm；连续焊接两层，焊接脉冲电流为150-180A，基本脉冲电流为45-55A，脉冲时间为30-60ms，焊接速度为110～130mm/min，送丝速度：第一层为500-550 mm/min，第二层为600-650 mm/min。

作为进一步优选，自动氩弧焊的焊丝为低碳钢焊丝ER70S-2，焊丝规格为Φ0.8mm。

作为进一步优选，在第三步中，提前脉冲电流时间：0.1S，提前电流：100-130A，提前电流时间2-4S。

作为一种优选方式，在第一步中，低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在0-0.5mm，并清理管板孔内、封口焊坡口和低碳钢管子端部，无水、锈和油污。

本发明进行验证采用“屋檐下水滴效应”：在屋檐下的水泥光滑平整，水滴不会破坏水泥面，如水泥表面有小的缺陷，在水滴不断的作用下，该处的水泥表面将变为小孔，孔的深度会逐步加深，孔的范围会逐步扩大。

高铁火车头为流线型的，对空气的阻力小，如封口焊与管板堆焊层为圆滑过渡、与低碳钢管子内壁和管板连接处为流线型的圆滑过渡，另外，高出管板表面部分的焊高在保证焊缝强度的情况下尽可能降低，这将对高压给水的阻力减小，碳钢封口焊焊缝能经受高压给水的长期冲刷。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明从低碳钢管子、管板结构上提出了采用平齐的坡口型式，管板开2×45度，通过焊接工艺达到要求；通过“屋檐下水滴效应”的观点进行验证，碳钢封口焊焊缝表面光滑平整，焊缝近表面和表面均无针状气孔这一类缺陷，完全能经受水的长期冲刷，有效解决高压碳钢封口焊的冲刷和焊缝中或焊缝表面气孔的技术问题。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征之一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。

实施例1 

一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其工艺过程如下：

在高压换热器管板上带极埋弧堆焊碳钢，UT、MT探伤合格后，堆焊层与管板热处理，机加堆焊层至6.0mm，管板坡口结构：管板堆焊层封口焊坡口倒角2×45度，采用平齐的坡口型式，低碳钢管子与管板堆焊层平齐，低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在0-0.5mm，并清理管板孔内、封口焊坡口和低碳钢管子端部，无水、锈和油污。

所焊焊口为与管板堆焊层为圆滑过渡、与低碳钢管子内壁和管板连接处为流线型的。

对将要焊接的区域采用感应加热器预热管板堆焊层面，焊前预热80-100℃；焊前将低碳钢管子点焊在管板堆焊层坡口内，点焊时根部需熔透，不加焊丝。

采用自动氩弧焊进行坡口封口焊，焊接工艺为：连续焊接两层，焊接脉冲电流为150-180A，基本脉冲电流为45-55A，脉冲时间为30-60ms，焊接速度为110～130mm/min，送丝速度：第一层为500-550 mm/min，第二层为600-650 mm/min。焊接时同时采用四台焊机对称焊接，焊接完一个焊口后，再焊相邻的焊口，利用焊接产生的热量，只要焊接不中断，不需要再进行预热。四川空气中的湿度大，通过预热能降低焊接区域的相对湿度和去除难清理的油污；这与通常焊前预热是改善焊接性，避免焊缝出现冷裂纹有本质的不同。

焊接机头定位为三点定位，采用直径大于焊后胀接胀杆直径0.2-0.3mm的紫铜定位芯棒，紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管子内，紫铜定位芯棒的直径为Φ10-Φ11mm，具体直径根据不同的管子壁厚度而定，紫铜定位芯棒伸出低碳钢管子0.5-1mm，管子焊丝为低碳钢焊丝，焊丝规格为Φ0.8mm。为保证起弧位置的熔合，提前脉冲电流时间：0.1S，提前电流：100-130A，提前电流时间2-4S。

按此焊接工艺所焊焊口：焊缝余高为0.25-0.8mm，与管板堆焊层为圆滑过渡、与低碳钢管子内壁和管板连接处为流线型的圆滑过渡，这样的焊缝对给水的阻力小。

根据流体力学的柏努利方程式：在任一截面上单位质量流体所具有的位能、动能、静压能之和为一常数，称为总机械能；在不考虑位能情况下，低碳钢管子伸出管板越小，对给水阻力越小，在此处的给水流速减小不大，受到的静压力不大，在低碳钢管子端部焊缝内侧，由于截面积减小，给水流速增大，低碳钢管子端部焊缝内侧此处受的静压力减小，即低碳钢管子端部外侧焊缝所受的静压力不大，内侧焊缝所受的静压力减小，焊缝因流体流动附加的压差小，焊口对给水阻力小，不会在焊口周围形成旋流，焊口能长时间工作而不破坏。

为实现实现以上好的焊口：与管板堆焊层为圆滑过渡、与低碳钢管子内壁和管板连接处为流线型的圆滑过渡，由于焊接在低碳钢管子端部进行，焊接熔敷金属流入管内，机头的定位芯棒在低碳钢管子内焊后取不出定位芯棒，采用紫铜的定位芯棒，紫铜定位芯棒伸出低碳钢管子0.5-1mm，由于紫铜散热快，能有效阻止焊缝金属的过多流入，焊后易取出定位芯棒，又保证管子内的焊缝成型。

另一方面在低碳钢管子端部进行焊接，焊接变形会引起低碳钢管子端部缩口，后道工序的90%的焊口液压胀接的胀杆无法通过焊口进入管内，采用紫铜芯棒的直径应大于焊后胀接的胀杆直径0.2-0.3mm，就能有效解决这一问题。

封口焊完成后，对焊口进行100%PT探伤，消除焊缝表面缺陷，1级合格。

   以上几点的有机结合才能获得满意的封口焊焊缝，能长期承受高压给水的冲刷。

应用实施例：

以300MW高加为例。

1. 20MnMo带极埋弧堆焊碳钢，堆焊厚度为10mm，焊带为SOUDOTAPEA，规格60×0.5mm。

焊前预热150℃，焊后后热200℃/2h，100%UT、100%MT探伤合格后堆焊层与管板热处理，机加堆焊层至6mm，管板孔堆焊层倒角2×45度封口焊坡口，并清理管板孔内、封口焊坡口和低碳钢管子端部。

 2. 在封口焊坡口处手工氩弧焊点焊低碳钢管子端部，点焊时不加焊丝，根部需熔透。低碳钢管子材质为SA556MC₂，Φ16×1.9mm。在点焊前将低碳钢管子与管板堆焊层平齐，低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在0.2mm。

 3.对将要焊接的区域采用感应加热器预热管板堆焊层面，焊前预热80-100℃。

 4.采用自动氩弧焊，焊接机头定位为三点定位，紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管子内，紫铜定位芯棒为Φ11.8mm，紫铜定位芯棒伸出低碳钢管子0.6mm。

5.封口焊的焊接，其焊接工艺如下：焊丝为ER70S-2，焊丝规格为Φ0.8mm；连续焊接两层，焊接脉冲电流为180A，基本脉冲电流为55A，脉冲时间为60ms，焊接速度为130mm/min ，送丝速度：第一层为500 mm/min，第二层为600 mm/min。为保证起弧位置的熔合，提前脉冲电流时间：0.1S，提前电流：100A，提前电流时间2S。

焊接时，同时采用4台焊机对称焊接，焊接完一个焊口后，再焊相邻的焊口，利用焊接产生的热量，只要焊接不中断，不需要再进行预热。

 6.焊后对所有封口焊口进行100%PT探伤，1级合格。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其特征在于：其工艺过程如下：

第一步，在高压换热器管板上带极埋弧堆焊碳钢，100%UT、100%MT探伤合格后，堆焊层与管板热处理，机加堆焊层至6-8mm，管板坡口结构：采用平齐的坡口型式，低碳钢管子与管板堆焊层平齐，管板堆焊层封口焊坡口倒角2×45度；

第二步，焊前预热80-100℃；焊前将低碳钢管子点焊在管板堆焊层坡口内，点焊时根部需熔透，不加焊丝； 

第三步，采用自动氩弧焊进行坡口封口焊；

第四步，封口焊完成后，对焊口进行100%PT探伤，消除焊缝表面缺陷。

2.如权利要求1所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其特征在于：在第三步中，焊接机头定位为三点定位；采用直径大于焊后胀接胀杆直径0.2-0.3mm的紫铜定位芯棒，紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管子内，伸出低碳钢管子0.5-1mm。

3.如权利要求2所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其特征在于：在第三步中，焊接时同时采用2-4台焊机对称焊接，焊接完一个焊口后，再焊相邻的焊口。

4.如权利要求3所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其特征在于：在第三步中，焊接工艺如下：焊丝为低碳钢焊丝，焊丝规格为Φ0.8mm-1.0mm；连续焊接两层，焊接脉冲电流为150-180A，基本脉冲电流为45-55A，脉冲时间为30-60ms，焊接速度为110～130mm/min，送丝速度：第一层为500-550 mm/min，第二层为600-650 mm/min。

5.如权利要求4所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其特征在于：自动氩弧焊的焊丝为低碳钢焊丝ER70S-2，焊丝规格为Φ0.8mm。

6.如权利要求4所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其特征在于：在第三步中，提前脉冲电流时间：0.1S，提前电流：100-130A，提前电流时间2-4S。

7.如权利要求1所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺，其特征在于：在第一步中，低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在0-0.5mm，并清理管板孔内、封口焊坡口和低碳钢管子端部，无水、锈和油污。