锅壳式锅炉管子与管板的焊接

锅壳式锅炉管子与管板的焊接摘要：从工厂的实际制造情况出发，对锅壳式锅炉中管子与管板焊接的不同焊接工艺方法进行了探讨分析，为选择合理的焊接工艺提供了一定的依据。关键词：锅壳锅炉； 管子一管板；焊接中图分类号：TG4576 文献标识码：B1 概述锅壳式锅炉是一种火管锅炉，广泛应用于小参数(20th)的工业锅炉中，有结构紧凑、运行自动化、维护容易、有利于环境等特点。其烟管(管子)与管板或回烟室管板的焊接采用角焊缝结构，在工作时外受烟气的冲刷， 内受 (a)管端伸出不开坡口炉水的冲刷，并且炉水中可能有气泡， 当气泡在角焊缝根部时由于气体的传热性较差，会使角焊缝根部产生瞬间的高温，承受的是交变应力，条件比较恶劣。管子一管板角焊缝坡口有3种基本形式(图I)。作为锅炉重要的受热面，烟管的数量较多， 其管孔在管板上多均匀布置。 (b)管端伸出开坡口 (c)管端不伸出开坡口图1 管子一管板角焊缝坡口的3种形式图2 管子在臂板上的布置图【局邵)从降低成本方面考虑，必须在满足受热面要求的情况下尽量采用小体积(直径)的锅简，且布置多点烟管，管桥(相邻两管孔边缘的最短距离)就不会太大，而从强度方面考虑，角焊缝高度要求达到“管壁厚度+3 mm”， 管桥又不能太小，这是一对矛盾。所以在锅壳式锅炉的制造中，管子一管板的焊接容易造成相邻角焊缝之间的距离不够，甚至出现热影响区或焊缝重叠的情况这就要从焊接工艺上加以控制。另外，提高生产效率及对工件装配要求也是焊接工艺的重要方面。下面就对锅壳式锅炉中管子与管板的焊接工艺进行探讨分析。2 不同焊接方法的特点实际生产中。管子与管板的焊接位置一般有2种：垂直固定(平位)、水平固定(立位)。焊接方法可以采用焊条电弧焊、自动钨极氩弧焊、自动熔化极气体保护焊，3种工艺各有其优点及不足。2I 焊条电弧焊管子一管板角焊缝采用焊条电弧焊时，一般是在垂直固定位置， 即管子在垂直位置。根据母材材质， 分别采用E4303(母材为碳钢时)或E5015 (母材为低合金钢时)焊条， 因为焊条直径太大时，焊接时的热输入大，焊缝较宽，较难保证相邻角焊缝间的距离，故焊材规格多采用4,32 mm，焊接电流140160 A 电弧电压2224 V。由于操作者的技能和焊缝金30 ·工艺与新技术· 焊接技术 第36卷第3期2007年6月属自重的原因， 角焊缝的宽度 要比高度 。大(图3)，因而，相邻角焊缝热影响区间距离就较难满足标准的要求，有时甚至会造成焊缝重叠，需要进行焊后热处理，增加生产成本。另外，焊条电弧焊对工件的装配要求不高，管板的平面度或管口圆度较差时也可施焊。图3 管子一管板角焊缝剖面图采用焊条电弧焊焊接管子一管板的角焊缝有如下特点： 生产效率较高；( 设备投资小；对装配的要求不高；焊缝成形不够美观，受人为因素影响大，容易造成相邻角焊缝或热影响区重叠；( 焊工劳动强度大，劳动条件较恶劣。目前焊条电弧焊正因其生产效率高、对工件的装配要求低而被广泛用于管子一管板角焊缝的焊接中是目前最普遍采用的焊接方法，但更需要在设计上考虑增大管桥长度来避免出现相邻管子间的角焊缝距离不满足技术规范要求的情况。22 自动钨极氩弧焊该焊接方法是针对焊条电弧焊的不足而开发的，由于焊接热输入小可以很好地控制焊缝成形，焊缝的热影响区小，容易满足安全技术规范的要求。笔者工作过的锅炉制造厂采用德国生产的0RBIMAT 250C焊接电源和P一16MP一20机头专门用于管子一管板焊接， P一16M用于焊接前、后管板与烟管角焊缝， 定位芯轴较长，P一20用于回烟室管板与烟管角焊缝的焊接，其定位芯轴较短。焊接位置在水平固定位置，该设备采用DSP技术使用微机控制的方式使电源和控制系统具有优良和完善的调节性能， 电源的外特性、动特性，焊接参数的稳定性和调节性都完全满足管子一管板全位置钨极氩弧焊的要求，并能准确地对焊接的各个参数进行调节和实施自动控制，而且具有方便的焊接程序编制功能。只要把焊接的诸参数(包括预置及滞后、焊接过程中的规范参数)输入到已经编制好的程序中控制电源和机头便会自动完成焊接全过程。该设备还具有焊接程序记忆储存功能，能把几十个编好号码的焊接程序记录在磁卡或打印在纸带上，便于以后按号码提取使用。由于采用氩弧焊的方法， 焊接热输入小， 焊接电流为100130 A，电弧电压为1315 V，焊缝成形美观，此时图3中的角焊缝焊接质量良好，且角焊缝宽度 和高度 。尺寸相差很小， 特别是在管桥窄小的场合， 能保证焊缝之间最小6 mm的距离。另外， 由于管板平面度较差，管子或管口也不是理想的圆形而是在加工或制造过程中有一定的公差，实际上是一个椭圆，而焊枪的跟踪调节系统没有对这一点进行自动调节所以设备焊接时对工件装配的要求很严格如：要求管板的平面度在+200 mm的范围内小于2 mm否则焊枪的3个支撑脚不能与管板紧贴，焊枪运动轨迹就会偏移，不是焊在管板上就是焊在管子上，并有可能把管子焊穿；另外，管孑L直径也要求控制在比管子直径大1 mm的范围，否则管子与管孑L不同心造成焊枪转动偏移，这些是该设备较致命的缺点，也是比较难解决的问题。此外，该设备的工作效率低，1条角焊缝要焊2道才能满足焊缝尺寸的要求，单从焊接速度比较，焊条电弧焊比自动钨极氩弧焊快1倍。这是该锅炉制造厂的这2套设备的情况，采用其它钨极氩弧焊设备的情形也与之相似。自动钨极氩弧焊焊接管子一管板的角焊缝有如下特点：焊缝成形好，容易保证质量；工件装配要求高；焊接效率比焊条电弧焊低；设备昂贵。所以，自动钨极氩弧焊适用于管桥特别窄的场合， 目前在锅炉管子管板焊接中的应用不多，而在换热器管子一管板的焊接中应用较多。23 自动熔化极气体保护焊主要是采用CO 气体或混合气体保护焊，一般多用混合气体作保护气，可用实心焊丝或药芯焊丝。由于其热输入大，焊接电流180200 A， 电弧电压2326 V只焊1道就完成1条角焊缝，即可满足角焊缝尺寸要求，比自动钨极氩弧焊的生产效率高了很多，是一种结合了焊条电弧焊和自动钨极氩弧焊两者优点的焊接方法既能保证较高的焊接质量又有令人满意的效率。所需设备与自动钨极氩弧焊时的要求类似，要解决机头的固定、焊枪位置与工件的适应问题， 由于没有对管板平面度及管子或管口的圆度作自动调节所以对工件的装配也有较高的要求，对管板不平度及管子或管口的圆度有严格的限制。目前，国内已有这种设备的制造商，机头采用气动胀头固定，焊枪作圆周运动完成角焊缝的焊接，焊接电源也是采用DSP技术焊接不同位置(如上坡焊、下坡焊、仰焊等位置)时采用不同的焊接参数，并且这些焊接参数可以按预先设定进行自动转换，焊缝成形美观。该工艺的特点如下： 焊缝质量好；生产效率较高：( 焊工的劳动强度小；( 对工件的装配要求高； 设备昂贵；焊接成本大。3 结论在锅壳锅炉的管子一管板角焊缝的焊接中，为了满足安全技术规范的要求，要充分考虑各种焊接方法的特点，保证质量与追求效率相互平衡，选择合适的焊接工艺。在上述的3种焊接方法中焊条电弧焊效率高但要有较大的管桥长度才能保证焊接质量， 自动钨极氩弧焊的焊缝质量好但效率低，且对工件的装配水平及加工要求均较高， 自动熔化极气体保护焊的焊缝质量好、生产效率也较高，但焊接成本大，生产厂家要根据实际情况综合考虑。