焊接高级技师考评论文异种钢焊接

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焊接技术论文

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SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接工艺

作者:广利发

201*年6月

焊接技术论文

SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接工艺

[摘要]本文介绍了某电厂检修中锅炉屏式再热器的更换，对SA213-TP347H／12Cr1MoV异种钢焊接所遇到的问题以及所采取的改进措施和方法。因为焊接是影响工程质量的关键，为提高工程质量，创造了良好的社会效益和经济效益，希望能为以后类似工程提供一些很好的借鉴。

[关键词]薄壁管异种钢单面焊双面成型焊接工艺

前言

工程简介

电厂锅炉检修中，对锅炉原有屏式再热器进行局部更换成SA213-TP347H材质的屏管与集箱连接小管（材质为12Gr1MoV）相连接，屏式再热器管屏一共有54排每排20根管，每排间距300mm，管子间距15mm，焊口位置在穿顶棚管250mm处，规格为57.5×4.5。在这管子密集焊接空间位置狭窄，每根管间焊口的填充和盖面都存在焊接‘盲区’、焊缝背面易过烧及氧化等不利因素增加了焊接施工的难度，对于这种焊接性能相对较差的异种钢的焊接，要保证质量需要有可行的焊接工艺和焊接方法。一、钢材的焊接性分析

1.SA213-TP347H钢为奥氏体不锈钢、12Cr1MoV钢为珠光体耐热钢，其化学成分和机械性

能如下表一～表二。表一

SA213-TP347H钢的化学成分元素含量7SA213-TP347H钢的机械性能σb(MPa)≥205

2

C(%)0.04~0.0Si(%)Mn(%)≤0.75≤2.00Cr(%)17.00~20.00Ni(%)9.00~P(%)≤0.030S(%)≤0.03013.00σs(MPa)≥515δs(%)纵≥焊接技术论文

表二

12Cr1MoV钢的化学成分元素含量0.150.370.701.200.350.3012Cr1MoV钢的机械性能σb(MPa)≥255

12Cr1MoV钢和SA213-TP347H钢都具有优良的高温化学稳定性和足够的高温强度，且SA213-TP347H钢有很强的抗高温腐蚀能力，由于金相组织和合金成分的不同的异种钢在焊接时会出现以下问题：

1，由于12Cr1MoV钢的碳含量高于SA213-TP347H钢和其它元素含量差异，焊接接头在高温条件下会在焊缝的熔合区中出现碳扩散现象。

2.由于两种钢材线膨胀系数不同，使焊缝和熔合区附近产生附加拉应力，很容易引起焊接裂纹。

3.而SA213-TP347H钢属于奥氏体不锈钢，焊接时存在450～850℃晶间腐蚀倾向。由以上问题会导致焊缝的早期失效，所以需要选择合理的焊接工艺措施、焊接工艺参数和相匹配的焊接材料来克服和抑制以上问题从而获得满意焊接接头。二.焊接方法和焊材

电厂建设中，薄壁小管焊接通常采用手工钨极氩弧焊的方法焊接，采用手工钨极氩弧焊打底，手工钨极氩弧焊填充盖面。

通过焊接性的分析，选择超低碳、含有稳定碳元素的合金元素Nb或Ti和线膨胀系数接近于珠光体耐热钢的镍基合金型材料是（珠光体耐热钢/奥氏体不锈钢）这类异种钢焊接最理想的焊接材料，目的能抑制焊缝的熔合区中碳的扩散，改变焊接接头的应力分布。从而改善了焊缝及熔合区的组织和性能，焊材由业主提供的ERNiCr-3，规格为φ2.4。焊材化学成分和机械性能.如表（三）。

3

C(%)0.08~Si(%)0.17~Mn(%)0.40~Cr(%)0.90~Mo(%)V(%)P(%)≤0.035S(%)≤0.0350.25~0.15~σs(MPa)471～638δs(%)≥焊接技术论文

表三

焊丝ERNiCr-3的化学成分元素含量0.0040.163.1520.6073.002.770.0050.008焊丝ERNiCr-3的机械性能σb(MPa)≥380

三.难点分析和相应措施

由于屏式再热器管口的管壁较薄，壁厚为4.5mm，管子密集度大，焊口管与管之间仅为15mm，给施焊带来了很大的困难，在接头位置很容易产生过烧、未熔合、气孔等缺陷。在平时安装中类似该部件都是作为攻关难点来焊接的，这就要求我们必须找出缺陷产生的原因，并选用合适规范，以确保此次检修的焊接质量。

1.困难分析

通过大家分析后一致认为容易产生缺陷的主要原因是屏式再热器管口之间的距离较小（仅15mm），管排与管排之间太密集（仅可将头的前部探入），从而导致了焊接“盲区”，在该处的焊接头容易产生过烧和未熔合，如图（一）所示

σs(MPa)620~750δs(%)≥35C(%)0.002~Si(%)0.09~Mn(%)Cr(%)Ni(%)Nb(%P(%)S(%)3.14~20.20~72.54~2.72~0.004~0.002~

在正常氩弧焊时，钨极伸出瓷嘴3-5mm氩气保护状态为最好。但为了让电弧作用到管口间隙

最小的焊接“盲区”，只有将钨棒比正常情况下多伸出2mm左右，这样会使氩气对电弧熔化区域的保护减弱，从而易产生气孔。再者，由于管壁薄，过烧、气孔、未熔合等缺陷容易超标，也是薄壁管口焊接质量不高的一个重要原因。如果在两管之间“盲区”的接头处产生超标缺陷，给焊口返修带来很大的困难。

2.相应措施

为了制定最有效的措施，我们进行了一个现场环境相似的模拟焊接试验，采用相同材质、规格的管子以及相同的位置，做好准备工作，在两根管子的背面堵上保温材料或防火布，

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和管口里面150mm处用水溶性纸或面巾纸堵住，使两管之间不至有空气流动，管子里充氩气保护。以三层焊完焊口（即打底、填充和盖面），由于位置的限制必须采用头戴皮面罩，将钨极必须比正常伸出多2mm（约6-7mm）才能完成“盲区”位置接头的焊接，为得到良好的氩气保护，我们调整焊枪的角度及采用特定的焊接顺序，进行多次试焊，直到得出理想的结果。最后确定了可在实际焊接中运用相应措施。如图（二）:

四.焊接过程1.焊前准备

㈠.焊机选用V300-1型林肯逆变焊机，焊机性能优良。

㈡.焊材选用氩弧焊丝ERNiCr3，除去表面的油垢等脏物。选用氩气作保护气体，氩气纯度≥99.95%。

㈢.坡口制备

①.对口间隙控制2.5-3.0mm，钝边0-0.5mm，60～70度V型坡口详见图（三）；

②.坡口及其内外管壁两侧10-15mm范围内用角磨机将锈、油垢和氧化物等杂物清理干净，直至露出金属光泽；

③.对口装配应避免损坏坡口，不得强行对口，严禁在焊缝坡口外弧，严禁在管子上焊接与支撑物。

五.焊接工艺措施

1.要求钳工认真对口、钝边、间隙、错口等应符合规范的要求。

2.为保证质量，屏式再热器所有管口均选用全氩焊接工艺。根据广东火电工程总公司提供的工艺卡要求如下表（一）：

表（一）焊丝层数1≥2焊接方法焊丝牌号WsWsERNiCr-3ERNiCr-3规格ф2.4ф2.4极性正接正接电流(A)65～8065～80(V)10-1310-13(mm/min)50～6560～75电流范围电压范围焊接速度注：a.氩气流量8～10L/min，背面氩气流量8～10L/min；

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b.层间温度小于100℃。

3.在焊接方面，采取以下措施：焊口组对前首先将水溶性纸或面巾纸揉成适当的团状在管口两侧焊口壁内150mm处堵住，间隙处使用医用胶布封住，使管壁内形成一个气室。

4.将球针做成U型，氩气通过球针从焊口间隙的正面位置充入，在整个焊接过程中，一边焊接一边往管口里面充氩气保证根部有足够的氩气保护作用。对焊口充氩气一分钟左右后，从“盲区”位置进行打底（即12点钟过一点开始），在对盲区焊接时将起头尽量越过盲区的中心点，让下一次接头时方便些，在打底完前正面位置预留一个小孔（约六分之一焊缝）作为氩气入口和观察孔。如图（四）：

5，用笔型小手电对根层焊缝再作仔细检查，检查是否有焊接缺陷，如果发现有焊接缺陷应该马上处理，为了避免焊接温度过高可以两至三个焊口同时进行打底，盖面是要继续对焊口充氩气约一分钟，再进行层间填充或盖面。第二、第三层焊到离预留的孔15mm处收弧（焊接顺序与打底相同），把冲气针拉出，再把第一层小孔焊上，然后尽快回到第二、第三层将其焊完，以免里面的氩气跑掉而失去保护作用。注意每一次收弧时应该填满弧坑使熔池逐渐缩小并将电弧逐渐移向焊缝边缘5mm处熄弧，电弧熄灭后应该保持对收弧处供气延迟保护10秒钟，注意打底焊接时，当焊接到点固焊位置时，为保证根层焊接质量，须将点固焊焊缝用磨角机磨去。

6．焊接完成后认真进行自检，发现有咬边或表面气孔等缺陷马上进行处理，如需补焊的则应及时进行补焊。

八.结束语

通过以上的焊接方法对沙角C电厂1#炉屏式再热器检验1080个焊口的RT探伤一次合格率达到了99.6%，取得了良好的效果。只有科学的制度,工艺规范，并严格遵照执行，才能获得满意的焊接接头。我们认识到现场施工会遇到各种各样的问题，只要合理运用焊接工艺和方法，采用有效的措施，并加强对焊工优良作风的培养，增强质量意识，才能提高工程焊接质量。

九.致谢

焊接工程公司焊接工程师郑电文对本文的修改提供了宝贵意见，仅此致谢。十.参考文献和编制依据1.《技师论文撰写与答辩》广东省职业技能鉴定指导中心编2.W3.8V3-110焊接工艺卡3.锅炉屏式再热器检修作业指导书

4.《高级电焊工技术》机械工业职业技能鉴定指导中心编

扩展阅读：电气高级技师论文电气焊技师论文：K922焊机电气控制系统分析

电气高级技师论文电气焊技师论文：

K922焊机电气控制系统分析

摘要:无缝线路施工中钢轨焊接质量对保证行车安全和延长钢轨使用寿命具有十分重要的意义。焊轨车采用了乌克兰生产的具有国际领先水平的K922型接触闪光焊机,介绍了K922型接触闪光焊机的电气控制系统,使焊轨车上焊机操作员对焊机的操控有进一步的了解,提高了焊轨车的焊接作业质量。

关键词:焊轨车K922型焊机电气系统

焊轨车采用了乌克兰生产的具有国际领先水平的K922型接触闪光焊机系统,主要由焊头、电气控制系统、液压控制系统、冷却水循环控制系统四部分组成。焊头是系统的执行部分,其上安装有对焊机进行操作的控制面板、液压阀件、焊接变压器、各型传感器等。焊机电气控制系统是由主控柜、计算机系统、焊头上的焊机操纵盒等组成,以实现对焊机作业过程的控制、监测、记录等。液压系统主要由液压泵、液压阀件等组成,为系统提供压力油。冷却柜由压缩机组、控制面板等组成,对焊接过程中焊口电极进行循环水冷却。

1系统组成焊机控制柜内主要有焊机主控板、伺服阀控制板、电压及电流变换器、变压器、PLC可编程控制器等,是焊机电气控制示意焊机控制系统的主要组成部分,而PLC可编程控制器是该控制系统的核心。各种操作指令等信

号通过相应的开关、按钮转换成数字量,由PLC的数字量输入端口采集,PLC按编程的逻辑关系进行判断,再由PLC的数字量输出端口输出执行信号,从而控制相应液压阀件完成各种动作。焊接过程中的控制参量如电压、电流、位移、压力等参数通过传感器变换,由PLC模拟量输入口采样,其采样值与焊接参数设定值进行比较,根据比较的结果,由PLC模拟量输出口输出控制信号,控制焊接过程中的焊接电压、焊接电流和焊接烧化量,从而完成对钢轨的焊接过程控制。其中,PLC系统及电流放大控制板的电源信号(DC24V)均经过稳压变换器处理后供给。另外泵站上电机的动作则由主控箱的三相交流控制电路及开关来完成。

2PLC系统组成PLC系统由电源模块、CPU处理器、数字量输入/输出模块、模拟量输入/输出模块等组成。

21主要模拟量输入信号1)焊接回路中电流值。由电流互感器305CT2检测,电流变换器经处理后,输出4~20mA的标准电流信号供PLC采样,采样值与焊接参数中的设定电值I1\\I2\\I3进行比较,控制可移动焊机头的前进或后退速度。同时采样值经PLC处理后传送到工控计算机,供计算机控制、监测。2)焊接回路中电压值。3)顶锻压力值。焊机头上的压力传感器检测顶锻油缸内油压大小,输出信号供PLC采样,采样值经PLC处理后传送到工控计算机,供计算机控制、监测。

4)烧化量。由焊机上的拉线式位移传感器测出并输出信号供PLC采样,采样值经PLC处理后传送到工控计算机,供计算机控制、监测。5)调压反馈比较结果模拟输入信号。

22主要模拟量输出信号1)伺服阀驱动控制信号。驱动控制模块1108CAVC为Bosch公司生产的专用模块,它控制伺服阀的工作。伺服阀安装在可移动焊机头上,对顶锻油缸进行精确控制。1108CAVC模块的工作电源为DC24V,PLC通过数字量输出信号控制它的的输出是否有效,保证驱动信号故障时设备安全。另外,1108CAVC模块面板上设有电源指示绿灯、故障指示红灯、输出有效黄灯。2)液压高低压比例控制信号。3)晶闸管调压给定控制信号。焊接电压调压控制系统由电源变压器(321T\\325T)、电压变换器(315VT)、电压调节控制板(321VC)、晶闸管组件组成其中,321T\\325T输出24VAC给321VC板提供工作电源和锁相同步电源;H01,H03线电压经自耦变压器303AT升压后输出440VAC加到并联焊接变压器两端,308T则采样焊接变压器一次侧电压,输出经315VT变换为0~8VDC(及0~10VDC信号,供PLC模拟量输入采样)反馈给321VC板与晶闸管调压控制信号比较形成移相触发脉冲,321VC板输出的触发脉冲驱动两个晶闸管(SCR1/SCR2)的交替导通;PLC通过数字量输出信号驱动812CR继电器,812CR的常开触点控制321VC板的输出触发

信号是否有效;另外当晶闸管两端加有工作电源、同步锁相完成、没有电压溢出时,321VC板输出24VDC电压,使332CR继电器吸起并通过其常开触点的动作,给PLC提供321VC板准备就绪信号,同时该24VDC电压点亮控制面板上330PL指示灯。

23数字量输入/输出信号数字量输入信号主要由安装在焊机头上面的操纵盒上的开关、按钮来体现,如:焊机的焊接开始、导电夹钳的张闭、机头移动等。所有这些数字量输入信号传给PLC后,PLC按程序条件,输出相应控制信号,驱动相关的继电器和控制模块工作,控制焊机上的电磁阀线圈等装置,从而完成相应的动作。

3计算机控制系统计算机系统包括工控机及RSLogix500v7专用程序,用于焊机焊接参数的控制、监测、记录。焊接前,通过键盘对各阶段各步的焊接参数进行调整和修改。焊接时,工控机读取PLC采集的焊接电压、焊接电流、压力值,每间隔01s记录一次。焊接结束后,对采集的数据处理,以图形或表格的方式进行显示,并判定焊接结果是否合格。在焊接过程中,操作人员可以通过显示器,观察、了解焊接过程中有关的状态信息。

4焊接过程及参数设置说明

41参数设置各种焊接参数是控制焊接过程中不同烧

化阶段的烧化特性。脉动闪光焊将整个焊接烧化过程分为四个阶段:高压烧化阶段(预闪阶段)、低压烧化阶段(闪光阶段)、加速烧化阶段和带电顶锻阶段,其中前三个烧化阶段分七步完成,每一步又由8个焊接参数组成。焊接时,以烧化量来区分不同的焊接阶段和不同的烧化步。对于每一烧化步,调压控制系统提供设定的焊接电压值;焊接电阻值由两轨头的间隙决定。伺服阀驱动系统控制两轨头相对运动(合拢和分开),调整间隙,控制电流值,理想状态下焊接电流应为恒定值,随着烧化量的增加,判定焊接电流与三个设定电流值之间的关系,驱动两轨头的合拢速度(前进)或分开速度(后退),动态调节两轨头的间隙保证电流值。高压阶段一步完成,低压阶段分四步完成,加速阶段分两步完成。当上述七步完成后,钢轨两端焊接部分被均匀烧熔,进入第四阶段带电顶锻阶段,这时两轨头快速合拢,焊接电流为短路电流。控制带电顶锻时间,保证顶锻时仍对钢轨加热;控制顶锻行程,使烧化的部分被挤出形成瘤。达到带电顶锻时间后,焊接电压、电流为零,焊接完成。经过设定的时间冷却后,由推瘤刀将顶锻中形成的瘤推掉,推瘤刀回原位,整个焊接过程结束。前三个烧化阶段的七步分别是:①预闪(PREFLASH)阶段,②闪光Ⅰ(FlashⅠ)阶段,③闪光Ⅱ(FlashⅡ)阶段。④闪光Ⅲ(FlashⅢ)阶段,⑤闪光Ⅳ(FlashⅣ)阶段,⑥加速烧化Ⅰ阶段(BoostⅠ),⑦加速烧化Ⅱ阶段(Boost

Ⅱ)。而每步需设置的参数值分别是:①焊接烧化量,②所用时间,③焊接电压,④烧化阶段设定电流值1,⑤烧化阶段设定电流值2,⑥烧化阶段设定电流值3,⑦前进速度,⑧后退速度。通用参数分别是:①顶锻量,②带电顶锻所用时间,③顶锻力,④保压推瘤(该参数通常设定为0)。以上各个阶段各步参数设置上可看出,共设定60个可修改参数值。另外需说明的是:①在每步中的烧化阶段设定电流值1参数,由它确定焊接时焊头的前进速度。如果小于该设定电流值,焊接前行;如果大于该设定电流值,焊接后退。②在每步中的烧化阶段设定电流值2参数,由它确定焊接时焊头的后退速度。如果小于该设定电流值,焊接前行;如果大于该设定电流值,焊接后退。③在每步中的烧化阶段设定电流值3参数,由它确定焊接中的反馈电流。如果大于该设定电流值,焊接强行后退。如果加速烧化阶段的电流值超过该设定值,焊接头质量一般都不太好。这一点需特别注意。该过程的参数设置与焊接质量有直接关系,此参数相当于焊接参数的理论设定值,电脑判定焊接头是否合格,也是根据此参数为依据进行的。根据不同型号的钢轨,每一步的8个值不一样。

42该界面显示焊接过程中各种主要参数值以及焊接日期、焊接轨头的个数、判定焊头是否合格的标识。图中每种颜色的线代表不同的参数,分别表示顶锻力、焊接电压、烧

化量和焊接电流,图中右侧表示各个阶段的参数值。图2焊接显示图

43钢轨焊接头的焊接质量检验焊轨车正式上线焊接前,需要经过严格的落锤试验等一系列的检验,待所有项目合格时,方可上线作业。如果需要焊接不同型号、不同批次的钢轨,又需作相关的参数调整、焊接试验和检验。

5结语

通过对K922型接触闪光焊机的电气控制系统的介绍,使焊轨车上焊机操作员对焊机的操控有进一步的了解,从而提高了焊轨车的焊接作业质量,保证线路的安全运营。

参考文献

[1]机械工程手册电机工程手册编辑委员会.电机工程手册电焊机篇[M].北京:机械工业出版社,1997.

[2]机械工程手册电机工程手册编辑委员会.机械工程手册焊接自动控制篇[M].北京:机械工业出版社,1997.

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