电站锅炉膜式壁管排氩弧焊打底的焊接手法及缺陷控制

宁夏电力建设工程公司 （银川 750001） 王 进 李 莉

1.概述

在电厂锅炉安装焊接中，约有20%～40%的地面焊口组合率，随着机组容量和参数的不断增加，这部分焊口在超超临界机组中已达到20000余道，焊口大部分是膜式壁（水冷壁、包墙）管排，并以水平固定管居多。焊接时发现，虽然这一部分焊口的焊接施工环境条件要比锅炉安装焊口好，但是这一部分焊口氩弧焊打底时出现的焊接缺陷较多，焊口的一次合格率远低于锅炉安装焊口。目前，膜式壁（水冷壁、包墙）排管的焊接采用立向上焊接手法、立向下等焊接手法 ，下面就对这几种焊接手法及其焊接缺陷产生的原因进行探讨。

2.膜式壁管排的焊接特点

膜式壁管(如锅炉水冷壁管、包墙管)一般10～40根光管由密封板焊接形成一个整体，为了减少锅炉高空作业，在条件比较好的地面分段进行组合焊接，这一部分焊口就由垂直固定管的焊接位置变成水平固定管。其焊接方式一般由两名焊工施焊（一上一下），先由下方焊工施焊下半部焊口，再由上方焊工完成上部半道焊口。对于排管中的平焊位置来讲，基本不存在什么问题，焊接的难点主要在下半部分处于仰焊位置的焊口。

如下焊接时的主要难点有：

（1）因管与管之间互相成为障碍，无法与单根管焊接相比。

（2）对间隙的控制 焊接时，所有管子由密封板连接成为一体，先焊接的焊口因为收缩变形，致使后焊接的焊口间隙缩小，有的甚至没有间隙。因此，膜式壁管排焊口的对口间隙不易控制。

（3）管与管之间的距离控制 由于管与管的间距小（一般为10～20mm），焊接时氩弧焊枪角度、焊丝的送丝角度变化难度增大，致使气体保护效果差。

3.膜式壁管排的几种焊接手法

现场安装膜式壁管(如锅炉水冷壁管、包墙管)一般采用GTAW或GTAW/SMAW的焊接方法，氩弧焊打底常用的焊接手法主要有以下几种。

（1）立向下焊接法 从管口的9点和3点（立焊位）的位置起弧，在管口的6点（仰焊位）位置收弧封底（见图1）。

图1

立向下焊接法的优点：①焊接时视线好。②符合困难位置焊口的焊接原则，在有障碍物处起弧，无障碍物处收弧封底。

缺点：①对口要求高，管口间隙要大，一般采用内填丝法焊接。②焊道较薄，焊条电弧焊盖面时容易烧穿。③焊接操作难度大，不易掌握，在焊缝的正仰焊位置容易产生塌陷（内凹）缺陷。④焊道根部易产生夹丝头的焊接缺陷。⑤对口间隙大，劳动生产率低。

（2）立向上焊接法 从管口的6点位置（仰焊位）起弧，3点和9点位（立焊位）收弧封底。

图2

立向上焊接法的优点：①根部成形好，仰焊位不容易产生塌陷（内凹）缺陷。②对焊缝的对口间隙要求不严格，劳动生产率高。

缺点：①焊接时视线差，送丝角度达不到焊接要求。②操作难度大，将熄弧点放在了整个焊接过程中的困难位置。

（3）两人配合焊接法 下方人只持焊枪，上方人从管口内部填丝，完成整个下半部分焊口的方法。

优点：①根部焊缝成形好。②对下方操作人员来讲，难度降低。

缺点：①对口间隙要求严格，上方焊口间隙要大于焊丝直径。②对两人互相配合默契的程度要求高，配合不好易产生气孔缺陷。③焊接速度慢，劳动生产率低。

4.几种焊接手法所产生的焊接缺陷的原因和控制要点

（1）立向下焊接法产生内凹缺陷的原因 立向下焊接法中的内凹缺陷在水平固定排管的焊接中经常出现，内凹深度为1mm左右，长度为10～15mm左右，大部分都出现在焊缝5点到7点钟的位置。产生的主要原因是熔化铁水温度过高，液态金属在自重的作用下，下坠形成。

立向下焊接法焊接防止内凹缺陷的控制要点：①焊接时应尽量采用内填丝法焊接。②收弧点应焊过垂直中心线10mm左右（见图3）。③对收弧处的焊缝进行打磨削薄，以减少仰焊位高温铁液的停留时间。④仰焊位收弧封底时，必须要在封底后向熔池内补给焊丝，进行补给时要感到焊丝给到熔池根部，焊丝补给量要控制合适，给多了易出现夹丝头，给少了根部仰焊位易产生内凹缺陷。焊丝补给时要稳，以免破坏焊接区的氩气保护氛围。⑤焊接时必须要保证氩弧焊枪与管子的角度，氩弧焊枪与焊丝的角度。氩弧焊枪和焊丝要随管子的弧度变化而变化。⑥正确选择焊接规范，焊接电流过大，熔化铁水温度过高，液态金属在自重的作用下塌陷。焊接电流过小，仰焊位电弧停留时间过长，且铁水无法给到熔池的根部，也会产生内凹缺陷。因此，应根据管子的壁厚，合理选择焊接电流和焊接速度。

图3

（2）立向上焊接法产生未熔合缺陷的原因 立向上焊接法中的未熔合缺陷在水平固定排管的焊接中也经常出现，出现的位置在焊缝根部的4～5点、7～8点之间，长度大约在4～5mm。产生的主要原因是：在长期的焊接实践操作中发现，立向上焊接法焊接的操作手法在整个焊接过程中有两个难点：一是氩弧焊枪的角度变化难，在焊缝的4～5、7～8点是整个焊枪角度变化最困难的部位，如果在此位焊枪角度变化过小或过大，都会在此位形成未熔合（即两弧焊缝熔合不好）；二是向熔池内填加焊丝难，在整个焊接过程中，焊丝从焊口的侧面送进，角度达不到规定要求，同时，焊枪对焊工的视线也有一定的影响，上述两个原因造成未熔合缺陷。

防止未熔合缺陷的控制要点：

正确掌握起焊时的焊枪角度：我们习惯性在起焊时焊枪和管子水平方向和垂直方向的角度成为90°，这样有两点不利：一是焊枪角度变化大，如图4所示。

图4

从管子的仰焊位起弧焊接时，在不影响氩气保护效果的前提下，先让氩弧焊枪与管口的垂线有10°～15°的倾角，这样整个焊接过程中角度变化相对就小了；二是影响焊工的焊接视线，如图5所示，氩弧焊枪和管子的垂线方向有10°左右的倾角，这样既利于向熔池内送进焊丝，又可以使焊工更清楚的观察到整个焊接过程。

图5

掌握正确的焊接手法：许多焊工在操作时，氩弧焊枪随着管子的弧度转动时采用的方法是氩弧焊枪的整体都在变化，而正确的方法是转动时，氩弧焊枪枪头要有向上旋转的动作，这样整个焊接过程中焊枪的角度变化均匀，不会在焊口的7～8点、4～5点焊枪角度有过大的变化。

焊接过程中，保持焊枪与管子切线方向75°～80°的夹角，向熔池内填加焊丝时，焊丝要送到熔池的上方，并且要送到熔池的根部。焊枪摆动要均匀，送丝动作要轻、快、准，按两慢一快的焊接原则，保证焊缝和母材间熔合良好。

（3）两人配合焊接法 两人配合焊接中主要出现的是气孔缺陷，主要原因是两人配合不够默契，下方焊接人员的焊接速度和上方员的送丝速度不协调或上方人员送丝速度过大，破坏了整个氩气保护区，致使空气侵入焊接熔池内产生气孔缺陷。

防止气孔缺陷的控制要点：①下方人员焊枪角度要及时随着管子弧度的变化而变化。②上方送丝人员使用连续送丝的手法。

5.结语

（1）通过对上述的几种氩弧焊打底的焊接手法进行比较可以看出，在焊接膜式壁管排中几种焊接手法各有利弊，因此在我们焊接时，可以根据自己的实操技能，现场的施工情况，选择适合的焊接手法。

（2）通过对上述的几种氩弧焊打底焊接手法中容易产生的焊接缺陷进行原因分析，并采取对策，有效地防止了焊接缺陷的产生，提高了锅炉水冷壁管、包墙管地面组合焊口的焊接质量。（20131011）