ESAB带极堆焊技术的应用

承压、石化、核电等大型设备内壁，以及水力发电机组叶片、矿山和工程机械等处，易遭受腐蚀或磨损，故需堆焊耐蚀层或耐磨层。埋弧带极堆焊和带极电渣焊都具有熔敷率高和稀释率低特点，适合于平面或曲面堆焊，比如换热器管板和压力容器。埋弧焊（SAW）应用极为频繁，但在高效生产和对稀释率有限制要求的情况下，通常建议采用电渣堆焊（ESW）。

埋弧带极堆焊

自1960中期之后，SAW带极堆焊开始大范围使用，焊带宽度有60×0.5mm和90×0.5mm。采用直流正接，在焊剂层下工件和焊带之间形成电弧。熔池上的焊剂可以保护焊接熔池并使焊缝表面成形良好。

带极电渣堆焊

电渣堆焊ESW是在带极埋弧堆焊基础上发展起来的，具有较高的可靠的熔敷效率。电渣堆焊和焊接过程中的电阻相关，它利用导电熔渣的电阻热熔化堆焊材料。电渣槽中产生的热量熔化伸进电渣槽内的基体金属和焊带。

与埋弧带极堆焊相比，熔融的电渣良好的热导率避免了电弧飞溅。焊剂的成分对导热率，固化和粘性等有影响。为了提高大电流下的熔敷层厚度，焊剂碱度和氟化物含量通常很高，使其具有较高的导电性和低的粘性。

电渣槽的温度大约是2300℃，形成了薄层的导电液态熔渣，并能热辐射。大量的热量积累，采用水冷夹钳是非常有必要的。由于电流很大，所以ESW焊接机头比带极埋弧堆焊机头重很多。

ESW特征

与带极埋弧堆焊相比，ESW具有如下特点：

◆熔敷率提高了60%～80%

◆只有一半稀释到母材中，这是由于熔深很浅（大约10%～15%的稀释率）

◆焊接电压低（24～26V）

◆电流和电流密度大（60mm宽焊带通过电流为1000～1250A，相应电流密度为33～42A/mm2），尤其是高速焊剂允许焊接电流超过2000A，相应电流密度为70A/mm2

◆提高了焊接速度（50%～200%），使覆盖面积提高

◆热输入量相当

◆焊剂烧损低（大约0.4～0.5kg/kg）

◆ESW焊焊缝金属的固化速率很低，有利于气孔逸出，减少了气孔缺陷。氧气能够从熔融的电渣池中逸出到表面；堆焊层金属表面相当干净，从冶金学角度看，减少了热裂和晶间腐蚀倾向。

工业生产实际应用中，产品焊缝表面相对基体金属来说，较高的熔敷率和低的稀释率是非常重要的。带极埋弧堆焊已经广泛应用于表面大面积堆焊多年。然而，电渣堆焊技术正在焊接行业占主导地位。下面是意大利北部两大工厂Sices and Ansaldo-Camozzi应用带极堆焊的实际情况。

SICES采用ESAB OK新型焊齐进行电渣堆焊

图1 炼油厂脱硫反应器—Sices制造工厂

SICES S.p.A是SICES集团下属一家集生产、制造、设计石油化工、能源工业领域压力容器、反应器、塔器、换热器及预制管的公司，位于Lonate Ceppino。拥有ISO9001-2000，EN729.1及ASME R、S、U、U2等钢印。

SICES集团下属Montaggi S.p.A，S.p.A及Pensotti Idrotermici Srl公司主要专著于本地设备装配、安装、试车及维护，同时还从事工业锅炉的设计、制造，如换热器、气化炉等。

ESAB针对SICES S.p.A公司电渣堆焊要求研制了新型高效焊剂。ESAB OK Flux 10.14焊剂专为Cr，Cr-Ni，Cr-Ni-Mo奥氏体型焊带设计的，当采用能量集中的电弧焊接时，具有很高的熔敷率（60×0.5mm焊带可达到450mm/min）。通常使用的60×0.5mm焊带，焊接电流上限可达到2300A。

SICES S.p.A质量经理对这种高效新型焊剂留下了深刻的印象，其最大熔敷率可达到20%，远高于任何传统同类型焊剂。

根据ASME规范第Ⅸ卷进行了工艺评定（PQR），结果表明新型焊剂显著改善焊接质量。焊接工艺评定测试项目：目测—尺寸控制、超声波测试、渗透测试PT、化学成分分析、剥层测试。

图2 SAW带极堆焊熔敷率

针对加氢脱硫反应器堆焊层做的工艺评定试验后不久，新型ESW ESAB OK Flux10.14焊剂在实际生产中得到了极大的应用。反应器根据ASME规范第Ⅷ卷第一部分和压力容器发展指南PED 97/23/CE设计。基体材料：ASTM SA387 Gr.11 C12；焊接方法：SAW；焊接材料：ESAB OK Flux 10.62+Autrod 13.10 SC（AWS A5.23 EB 2R-焊丝杂质含量低）。

反应器尺寸：23000mm（长度）、3650mm（直径）、75mm（厚度）、160吨（空重）、360吨（毛重）。最小设计温度414℃（工作温度389℃）；水压试验：89bar，而工作压力为50bar/f.v。为了使工艺评定范围能够覆盖AWS ER347 厚度大于3mm工件，评定用的试板厚度为8mm。此外，填充金属须保证焊后热处理（PWHT）前后铁素体含量为3%～8%。根据客户的要求，在试板表面堆焊两层。堆焊材料：OK Flux 10.14＋OK Band 309LNb（AWS A5.9 EQ309L Nb），OK Flux 10.14＋OK Band 347（AWS A5.9 EQ347）。

值得注意的是，熔敷率从化学成分、铁素体，缺陷和盖面焊等几个方面分析实际上是相同的，因此采用相同焊剂可以满足在不同工况条件下使用，如不同容器直径，bottom parts and gates，电流等。通常大部分电源在暂空比100%条件下，均能提供1500～1600A大电流，焊带尺寸60×0.5mm。

图3 ESW堆焊熔敷率

图4 Sices工厂炼油反应器ESW带极堆焊熔敷率

选用ESW而不采用SAW原因是熔透浅、稀释率低、生产效率高。

SAW、ESW和高速ESW熔敷率比较结果如图2和3所示，焊剂为ESAB OK Flux10.14。ESAB再次达到预期目标：质量、生产效率和成本均能满足客户的要求。随后，双方签订了一台先进的双头带极堆焊设备的合同。

ANSALDO-CAMOZZI 核容器和套筒设备

图5 PaloVerde核电站换热器

意大利ANSALDO-CAMOZZI公司由Camozzi创立，位于Brescia工业园区，属于Ansaldo集团，主要从事核工业相关部件的生产。Ansaldo（原Breda）自1960年来一直活跃在锅炉，透品机和核电等行业。1991年在Milan成立了“核工业中心”，承担特殊部件的安装。

Camozzi 集团于2001年4月成功收购了Ansaldo公司，成为S.p.A旗下专业Ansaldo - Camozzi能源配件公司。产品Ansaldo -Camozzi公司专著于核电，传统交通工具配件，核废料处理处理装置以及相关核电中换热器。同时，还生产各种大型压缩机-尺寸公差are not。在核工业中，产品质量是首要保证的，并且是100%可靠，Ansaldo - Camozzi提供了可靠渠道。

Ansaldo - Camozzi是在美国之外，第一家获得N和NTP ASME钢印的国家。在ASME证书清单中ASME规范第Ⅲ卷第一分卷格外引人瞩目。事实上，Ansaldo - Camozzi公司还一举取得了ISO90012000认证。相反ASME N3钢印对贮藏和运输核废料系统的设计和制造是非常重要的。显然，这就需要焊接材料供应商同样也具备相应的质量保证。在意大利，ESAB Saldatura（焊接）是第一个取得核级焊割材料ASME钢印认证的公司。

Ansaldo - Camozzi采用现代技术对产品质量和生产进行控制，并且配备了现代化的生产设备。例如，6,000吨的油压机可以冲压300mm厚的钢板，最近冲压成形了世界上最大的换热器的封头，该设备每个重大800吨，订货单位为美国Palo Verde，Arizona（图5）最大的核电站。其中两台于2002年交付使用，另外两台在2005年供货，最后两台截至2006年交付。

图6 环形焊缝窄间隙焊。280kg桶装焊丝避免了频繁换焊丝的时间

图7 换热器应用SAW带极堆焊

图8 带极堆焊完成后的换热器

该换热器结构中，有两种不同的材料焊接。壳体材料是低合金锻件，SA508-3a。工件焊后热处理25h须满足Rm≥620MPa，-29℃低温冲击韧性Kv达到27J。圆筒底部厚度变化范围从240mm逐渐变化到120mm，再到壳体厚度90mm最后形成封头。考虑到厚度因素，所有纵向和横向焊缝，均采用SAW窄间隙单丝和双丝焊，焊接材料为ESAB OK Flux10.62/OK AutrodN 13.40。在该应用实例中，大型桶包装的焊丝尤其经济实惠，280kg桶装焊丝可以连续焊接整条焊缝，避免了频繁换焊丝，如图6所示。先前采用100kg包装的焊丝，同30kg盘状焊丝相比节省了3次换丝的时间，并且采用了ESAB公司专门设计的圆形龙门式焊接设备。换热器内部层板采用了碳钢，厚度达到50mm。SAW采用的是OK Flux 10.62/OK Autrod 12.24。厚度为640mm的热风管内，开有25000个孔的管板和INCONEL 690管子采用TIG焊接，不需要填丝。远离接头部位的部分位置需要表面堆焊一层耐蚀层。堆焊采用SAW带极堆焊，焊带尺寸为60×0.5mm。焊接方式如下：OK Flux 10.05焊剂和OK BandN 309L焊带堆焊第一层，然后采用OK BandN 308L堆焊余下层，如图7所示。

较小的焊带应用在比较难焊的位置（如表1所示）。在设备外部（重量和尺寸很大）起吊用的吊钩焊接采用的是ESAB OK Autrod13.29焊丝、直径1.2mm，采用MIG焊，在设备最后装配时再拆除。产品按ASME规范第Ⅲ卷Ⅰ分卷（核级）制造。热处理：610℃/4小时30分；工艺评定试验610℃/25h。

壳体焊缝需要100%RT和超声波检测（UT）；壳体内部配件，根据厚度需要做射线和超声波检测；焊缝都需要做表面PT和MT检查，管子-管板焊接都需做He密封性试验；最后水压试验，相应工作压力1.5倍，215bar。焊缝金属需根据机械性能、冲击韧性及等温转变曲线等做两倍检测，所有试板均需要做弯曲试验。

表1 熔敷金属量

在过去几年里，ESAB也一直为Ansaldo-Camozzi公司提供大量焊接设备：

◆三台埋弧自动焊专机，专门焊接人孔（最小直径260mm/1350mm）。该专机特别安装了一套焊接变为机，保证船型位置焊接。

◆SAW/ESW焊接系统，并在机头上配置专用焊枪和高度自动跟踪器（焊带伸出长度保持不变），100%整流器1600A/46V；

◆传统的环形焊缝带极堆焊机头（30mm焊带）能够堆焊所有gate或圆形筒体，速度为340mm/min；

◆配备DC/AC型得HNG－T埋弧焊设备可满足厚壁筒体（最大厚度350mm）的窄间隙焊，每层焊缝焊两道。焊接机头安装有两个直的扁焊枪，依靠特殊的运动学机理进行关节控制。

◆自动跟踪系统，双向，可正确测量水平和垂直两个方向的距离。

ESAB的合作伙伴

ESAB公司客服各种困难和需求，同SICES和Ansaldo-Camozzi公司建立了良好的合作关系。两家公司均已报道欢迎更加紧密的合作，配套质量保证和优质的服务。不论遇到什么问题，技术支持永远是合时宜的。