锅炉焊接技术和设备的现状及方向
仪器信息网 · 2009-03-30 19:49 · 11038 次点击
这些年来,国内各锅炉厂均在积极进行技术改造,引进新设备,推行先进的焊接新工艺,以适应锅炉容量、参数和炉型变化,满足复杂锅炉部件和锅炉新材料的焊接构。下面以东方锅炉公司为例,着重介绍锅炉关键部件的焊接现状和公司近年来的焊接技术和焊接管理的进展。
1锅炉关键部件焊接现状——电站锅炉主要关键部件包括汽包、集箱、膜式壁和蛇形管(过热器、再热器和省煤器)等部件。各部件焊接技术现状如下:
1)汽包筒身环纵缝主要采用埋弧焊、窄间隙埋弧焊、电渣焊;下降管主要采用马鞍埋弧自动焊和手工电弧焊;大管座主要采用马鞍埋弧自动焊和手工电弧焊;其它附件采用气体保护焊和手工电弧焊。
2)集箱筒身环缝焊接主要采用窄间隙热丝TIG焊和埋弧焊;大管座主要采用药芯焊丝气体保护焊和手工电弧焊(针对没有药芯焊丝的材料);受热面座主要采用内孔氩弧焊和手工电弧焊。
3)膜式壁主要采取MPM气体保护自动焊和半自动CO2气体保护焊。我公司共有自动焊接机头34头,半自动CO2气体保护焊65台用于膜式壁的焊接。
4)蛇型管的焊接主要是直管接长和弯后再对接焊,我公司主要采取热zz一TIG焊和全位置热丝TIG焊,以及手工氩弧焊。附件焊接主要采取气体保护焊和手工电弧焊。
2公司焊接新工艺和焊接技术进步——近年来,随着产量的剧增和锅炉品种、结构和材料的变化,以前的焊接工艺和手段已不能满足焊接生产制造,急须新增关键设备,更新改造老设备,推广运用焊接新工艺。我公司推广运用了以下工艺:
1)CO2气体保护焊接技术的推广运用——气体保护焊接是一种先进高效的焊接工艺。20年前我公司就开始推广运用,但由于当时的焊接设备、焊接材料和保护气体都存在一定的问题,半自动气体保护焊的未能很好的运用,只有自动气体保护焊用于膜式壁的焊接。2002年我公司开始推广该方法,现在我公司各种锅炉受压部件和非受压部件上广泛使用。现有120台气体保护焊机,取代了60%的手工电弧焊。该方法广泛用于集箱大管座的焊接、膜式壁的焊接和受热面附件焊接,提高了焊接效率和焊接质量。使用的焊接材料有药芯焊丝的实心焊丝。后期还将继续推广该方法于其它构件焊接。
2)先进的热丝YIG焊接技术——锅炉受热面管子的对接焊质量要求高,材料复杂,且数量相当大,一台600MW锅炉焊口达6万头,其焊接效率是影响锅炉制造的关键。我公司原采用三种直管对接焊工艺,即热丝TIG焊接,TIG+MIG焊接,不开坡口RRS76TIG焊接。经过10多年的使用,认为热丝TIG焊接工艺是其中最成熟、焊接质量最高、适应性最广的焊接方法,应在锅炉制造中大力推广。在2003年至2005年的技术改造后,我们投资近4000万元配置了两条世界先进的自动焊接、探伤、顶镦弯曲的生产线,一条双R弯曲生产先,从美国进口了7台先进的热丝TIG焊接,如图1所示。其生产焊接合格率达97%以上,大大提高了公司的焊接技术水平和产品焊接质量。近年来热丝TIG焊方法在锅炉行业中广泛使用,全国至少有上百台热丝TIG焊设备。
3)高效的马鞍埋弧自动焊——锅炉锅筒上往往布置有4-6根直径为¢508-¢711下降管和200个直径为¢108-¢168的蒸气连接管和汽水连接管。焊接工作量相当大,采用手工焊接的劳动强度大、周期长、焊接质量得不到保证。从2004年开始采用各种纪鞍埋弧自动焊工艺,大大提高了效率、焊接质量和工人劳动强度。现在我公司购置了8台大马鞍和10台小马鞍埋弧自动焊焊接设备。大马鞍埋弧自动焊焊接设备用于焊接锅炉汽包下降管,小马鞍埋弧自动焊焊接设备主要用于焊接锅炉汽包¢108以上管座,如图1所示。目前该方法已广泛用于锅炉汽包管座焊接,彻底解决锅炉汽包和容器上插入式或骑座式等大小管座焊接问题。
4)间隙热丝TIG焊——窄间隙热丝TIG焊主要用于锅炉制造和安装过程中管道或集箱环缝的焊接。窄间隙热丝TIG焊有全位置和固定位置两种,前者主要用于锅炉安装中的管道焊接,代替手工电弧焊;后者主要用于锅炉制造中集箱或管道焊接中直管拼接。采用工件转动式的热丝TIG焊,需要解决管道驱动问题和坡口加工精度问题。若用滚轮架驱动,须解决驱动中工件的同步、径向跳动和防窜动动问题。八五期间,我们曾经研制过热丝TIG焊设备,用于集箱环缝打底底和过渡焊接,滚轮架驱动但由于防窜动精度不高,焊接电弧电磁摆动超出气罩范围而出显气孔,所以设有很好的运用。该方法用于焊接锅炉上难焊的新材料具有特别的优势,因为P91/P92/P122等新材料用埋弧焊存在冲击性能不高的问题,以及焊接材料研制难度大,用窄间隙热丝TIG焊可以得到满意的焊接质量,接头性能好。为了提高效率,必须降低坡口宽度。目前有摆动和不摆动两种焊接方式,后者要求坡口宽度10mm以下。目前我公司从法国进口了一套窄间隙热丝TIG焊,采用卡盘驱动,可以焊接¢325×80以下的集箱环缝,焊接坡口窄,只有7-10mm,焊接过程中不摆动,主要用于超超临界锅炉中大量P91/P92材料集箱的焊接。哈尔滨锅炉厂也引进了一台同样焊接设备。现该方法已给锅炉厂集箱环缝焊接带来突破性的变化,各锅炉厂相继引进类似设备。
5)集箱管座内孔氩弧焊——我国《蒸气锅炉安全监察规程》规定:集箱上短管接头和集箱角焊缝焊接应开全焊透坡口,并尽量采用氩弧焊打低。这给生产制造带来较大难度。为了实现全焊透,必须采用内孔氩弧焊工艺,而因集箱座直径较小,内孔焊添丝较困难。不采用添丝内孔焊,又容易产生根部焊缝内凹和咬边缺陷。我公司从法国进口2台内孔氩弧焊设备,具有AVC电压自动控制、脉冲、添丝和摆动功能,根部打底质量相当好,现已成功用于集箱管座焊接中,大大提升了公司焊接技术水平。
6)龙门式MPM焊接——当前国内外焊接锅炉膜式壁有埋弧焊和气体保护焊两种流派,我公司和哈尔滨锅炉厂主要是气体保护焊(MPM焊),上海锅炉厂和武汉锅炉厂主要是埋弧焊,北京巴威公司两种方式都有。这两种方法具有各自优缺点,MPM焊上下同时焊接,效率高,变形小,熔深较浅;埋弧焊接,不能实现上下同时焊接需要翻面,单面焊接变形大,优点是熔深大。为了实现超临界和超超临界锅炉螺旋水冷壁和冷灰斗和三角形管屏,必须采用龙门式焊接设备。我公司基于气体保护焊的基础和制造经验,以及方便车间生产管理,和成都威达公司共同研制了6头龙门焊接设备。
焊接电源在锅炉焊接中的使用状况
目前,锅炉制造中所使用的焊接电源,如TIG焊电源、熔化极气体保护焊电源、药皮焊条电源、埋弧焊电源、电渣焊电源等。公司共有各种焊接电源600台左右,主要为了可控硅式焊接电源。近年来,随着逆变焊接电源的发展,各公司均在大力推进逆变电源的使用,我公司也从2003年开始选型的试用,制订了逆变焊接电源代替老电源的计划,现已推广使用逆变电源120台左右。我公司主要看好该电源的动态特性好和节能降耗等优点,根据不同方法考察电源的稳定性和可靠性。目前这些电源在可靠性、稳定性、降低能耗和控制精度方面和以前相比均有很大的提高,对提高锅炉焊接的质量和效率发挥了十分重要的作用,产生了良好的社会效益和经济效益。
锅炉焊接技术的发展方向
1气体保护焊在锅炉上的发展——气体保护焊接是一种高效、优质、节能的焊接工艺,在国外广泛使用。为节约能源,降低消耗,该工艺还有很大的使用空间,特别是药芯焊丝气体保护焊接和自动气体保护焊接是未来发展方向,但须解决高等级锅炉材料药芯焊丝的研发和供应。同时,对于手工半自动气体保护焊接需从电源动特性、抗菌素飞溅能力、引弧特性、以及规范调节方便性上不断改进,特别是数字控制、数字显示电源是未来锅炉厂所欢迎的。
2自动化焊接和机器人焊接——锅炉集箱和汽包的焊接技术水平还较落后,自动化水平较低,必须大力采用自动化水平较高的焊接工艺,提高焊接效率和质量。机器人或机械手工作站,是未来解决集箱上管座焊接的方向,锅炉制造厂应大力推进。窄间障热丝TIG焊,或窄间隙热丝zzTIG焊+埋弧焊是集箱、管道、汽水分离器等部件环缝焊接的方向。管屏自动划线和附件自动焊接是未来锅炉制造企业需要考虑的工艺手段。
3焊接环境的改善——锅炉上大量的焊接作业,都依靠手工电弧焊或气体保护焊,焊接烟尘较大,作业环境较差,特别是容器内焊接。局部烟尘处置设施、作业区或整个车间烟尘处理设施配置改善焊接作业环境的未来方向。随着锅炉制造企业的安全环保取证,其焊接环境的改善已提到议事日程。
4锅炉焊接技术的发展对焊接电源的要求——随着社会的发展和焊接技术的进步,对锅炉焊接自动化程度的需求日益提高,对焊接电源的可靠性、稳定性、降低能耗和控制精度方面提出了更高的要求。数字化控制逆变电源是发展的方向,操作面板有性化,维修要简单化,焊接规范数值显示,便于监控和管理。
5焊接保护剂或自保护焊丝的使用——随着锅炉高参数大容量发展,锅炉用材料发生了很大变化,大量使用9Cr1Mo材料以上的高合金耐热钢和不锈钢,焊接过程中接头内保护问题成了制约生产效率的重要因素,采用何种高效优质的焊接保护介质和手段特别关键。我公司已开始使用内保护剂用于集箱环缝焊接,也在积极探讨保护剂用于其他产品焊接和其它保护方式和介质的试用。