COREX铜冷却壁波纹补偿器焊接点漏气的处理

彭银加

（宝钢集团八钢公司炼铁分公司）

1 前言

COREX高炉铜冷却壁波纹补偿器在进行气密试验中发现有部分焊接点漏气。由于冷却壁波纹补偿器在现场施工焊接，焊接点周围有三种材质（碳钢、不锈钢、铜），焊缝涉及到碳钢与不锈钢的焊接、不锈钢与铜的焊接两种，都属于异种金属焊接，焊接难度大，修复困难。

2 漏气原因分析

焊点周围三种材质布置示意图如图1所示。

2.1 漏气点的状况

漏气点主要分布在碳钢与不锈钢、不锈钢与铜焊接的焊缝上，漏气点形状是气泡和裂纹，尤其在不锈钢与铜焊接的焊缝上居多。

2.2 漏气原因分析

2.2.1 碳钢与不锈钢焊接特点

图1 焊点周围三种材质布置

奥氏体不锈钢管与碳钢的焊接是异种材质的焊接，它在焊接过程中易发生许多问题，如焊缝的稀释，出现热裂纹等。由于焊缝金属含有较高的合金元素，易产生某些低熔点共晶物，如硫、镍形成的Ni3S2，其熔点为645℃又因两种钢材的线膨胀系数差别较大（奥氏体不锈钢的热膨胀系数为16.6，碳钢为11.76），焊接过程当中会产生较大的焊接应力，有产生裂纹的倾向，特别是弧坑裂纹。为此，要选用能使焊缝形成双相组织的焊条和抗裂性能好的焊条。

2.2.2 不锈钢与铜焊接的特点

不锈钢及铜中含有合金元素（Ni，Si，V）和杂质（O，S，P），在焊接过程中易形成各种低熔点共晶体和脆性化合物，严重削弱了金属高温时的晶间结合力。由于铜导热系数比不锈钢大得多，需采用大功率热源，因此热影响区宽，使接头承受较大应力，焊缝易产生热裂纹，近缝区不锈钢一侧易产生渗透裂纹，其原因是由液态铜对钢有渗透作用和拉应力造成的。在紫铜与不锈钢焊接时，由于碳原子在高温下的扩散能力比Cr原子强，使得在不锈钢母材侧的晶界析出Cr23C6沉淀，造成晶间贫Cr现象，产生晶间腐蚀和半熔化区的刀蚀，大大降低了焊接接头的耐蚀性。另外，在焊缝与铜的母材一侧，由于晶粒粗大熔池脱氧不足，低熔点共晶会在粗大柱状晶端部的交界处析集，从而使焊缝的强度和塑性显著降低。为了防止渗透裂纹，应采用较小的焊接线能量，选择合适的填充材料，控制易产生低熔点共晶的元素和化合物（如S、P、Cu2O、FeS、FeP等），向焊缝中过渡Al、Si、Mn、Ti、V、Mo、Ni。

根据上述两种异种金属焊接特点，奥氏体不锈钢管与碳钢的焊接，不锈钢与铜焊接易产生热裂纹，所以焊接材料及焊接工艺的得当与否是焊接质量的关键。经现场对焊缝调查取样，现场采用的碳钢焊条焊接焊缝，不符合上述两种异种金属焊的要求，是发生漏气的主要原因。

3 现场处理方法

3.1 对焊缝的重新焊接处理

由现场环境及条件的影响，选用合理的焊接材料及制定合理的焊接工艺是关键。首先用抛光机把原有焊缝进行清理及打破口，漏出焊接的母材，并放干净管道中的存水，防止水对焊接的不良影响。拆除影响焊接作业的金属软管，选用手工钨极氩弧气体保护焊，采用氦气保护，使焊缝的两种材质增大输入热量，降低预热温度。

3.2 重新焊接处理后仍有漏气的处理

现场焊缝重复的焊接不能全部解决冷却壁波纹管焊缝漏气的问题，剩余冷却壁波纹管焊缝采用加装套管的方式解决，如图2所示。

图2 采用加装套管的方法

其实施方法为：制作碳钢螺纹连接管和碳钢焊接套管，用碳钢螺纹连接管与铜冷却壁铜管用螺纹连接，焊接套管直接与螺纹连接管连接（用焊接的方法如图2中新增的焊缝）。其作用是由于碳钢和不锈钢焊缝漏点较少，且大部分都可以处理，但不锈钢与铜管的焊缝处较难焊接处理，这样处理可以避开不锈钢与铜的焊接。

实施步骤：（1）加工好螺纹连接管及焊接套管。（2）连接螺纹连接管（连接的管螺纹必修可靠有效的连接）。（3）打压试验螺纹连接管连接处是否有泄漏。（4）确认可靠有效后再安装焊接套管。（5）焊接套管的两个焊缝，选择手工钨极氩弧焊焊接方法，焊条采用不锈钢焊条，焊角高度保持在4～5mm。（6）整体打压试验。处理结束。

4 结束语

通过对COREX高炉铜冷却壁波纹补偿器焊缝点的漏气原因分析，现场采取了两种处理方法，漏气问题得以解决。笔者认为在设计的过程中COREX高炉铜冷却壁铜管上的套管不宜采用不锈钢套管，可用碳钢管代用，这样可减少焊接的难度，也可以避免漏气的产生。

[1]陈爱莲.工程焊接技术与质量试验检测评定标准实用手册.北京：北京电子出版物出版中心.2003年4月.