郭洪宁 赵华

摘 要：为保证凝汽器不锈钢冷却水管的焊接质量，管孔清洗控制是关键，加强过程监督，做好防护防止管孔二次污染，焊前模拟试验确定焊接参数，焊接过程中的自检，质检员的质检，焊后的着色检验，环环相扣，必不可少。同时，该文对凝汽器冷却水管焊接容易出现的焊接缺陷进行了详细的原因分析，摒弃一直惯用的自动焊而采用手工氩弧焊的方法，使用合适的焊接工艺参数、正确的焊接操作方法等以提高不锈钢冷却水管焊接一次合格率。

关键词：手工氩弧焊 原因分析 替代自动焊 质量控制

中图分类号：TG4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）08（c）-0082-02

凝汽器在汽水流程过程中发挥着至关重要的作用，其作用在于持续循环的低温循环冷却水将经过汽轮机的蒸汽冷却为凝结水。印度塔尔万迪4×660MW机组所采用的凝汽器型号为N-44000型，冷却面积44000 ㎡，冷却水设计进口温度35.4℃，冷却水设计压力0.4，Mpa，冷却水介质为淡水，冷却水管材质为TP304不锈钢，规格为φ25×0.7，mm，单台机组冷却水管数量多，现场焊接任务较重。由于不锈钢敏感的焊接特性，在焊接过程中焊缝极易出现氧化、裂纹、气孔等缺陷，综合考虑印度的施工环境，考虑到全位置管板自动焊接技术在电厂凝汽器冷却水管焊接上的应用尚处于起步阶段，且自动焊接对胀管、切管、管子清洁度等焊接条件要求较严格，而手工氩弧焊对焊接条件要求较低。且自动焊接虽然降低了焊接人员的劳动强度，但无法从总体上缩短工期。而且自动焊接设备购置费、维修及租赁费较高，增加了施工成本。

综合以上因素，针对以不锈钢焊接容易出现的焊接缺陷，进行了详细分析，摒弃一直惯用的自动焊而采用手工氩弧焊的方法，通过分析寻找最佳的焊接工艺参数、正确的焊接操作方法等以提高焊接一次合格率。

1 焊接性分析

1.1 TP304的材料特点及焊接性

TP304的材料特点：TP304为ASME 标准材料，相当于国内的1Cr18Ni8奥氏体不锈钢，耐热钢，具有良好的弯管、焊接工艺性能，耐腐蚀性，高的持久强度和组织稳定性，冷变形能力非常好。使用温度最高可达650℃，抗氧化温度最高可达850℃。这些特点是由于其物理化学性能决定的。其焊接性能好，在任何温度下都不会发生相变，对氢脆不敏感，在焊态下奥氏体不锈钢接头也有较好的塑性和韧性。焊接的主要问题是：焊接热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀等。此外，因导热性能差，线胀系数大，焊接应力和变形较大。

1.2 冷却水管焊缝主要缺陷及产生机理

氧化：氩气用于保护焊缝金属和钨电极熔池，在电弧加热区域不被空气氧化。在焊接操作中，经常会遇到氩气不纯或操作不当等因素在造成处于高温状态下的金属不受保护作用，造成金属与氧结合形成氧化物，形成焊接氧化，造成焊缝强度、硬度、塑性、韧性明显下降。

气孔：冷却水管焊接时，气孔是经常碰到的一个主要问题。焊接电流过大、胀管不严、焊接操作不当或者焊接面清理不干净等都会造成焊接气孔的产生，从而造成应力集中、焊接接头塑性及疲劳强度降低，寿命降低。

焊瘤、未融合：产生原因主要是不锈钢冷却水管胀管不严等造成焊接时融化的材料无法和管板熔接到一起，就产生了焊瘤和未融合。

冷裂纹：TP304属于奥氏体耐热钢，具有良好的焊接性，不易产生冷裂纹，但与普通低合金钢相比，形成热裂纹的倾向较大。如果焊接材料或焊接工艺不当则容易造成熱裂纹及热影响区晶间腐蚀等缺陷。奥氏体钢的导热系数小，只有低碳钢的约1/3，在焊接局部加热条件下，温度梯度比较大；而且奥氏体钢的线膨胀系数大，约为低碳钢的1.5倍，在焊接加热和冷却过程中，容易产生较大的应力。在多层焊道中间或母材热影响区的固相线温度附近，由于晶界析出物或偏析物液化，在焊接热应力的作用下，容易产生沿晶间开裂的裂纹。

1.3 防止产生气孔的工艺措施主要

（1）在高纯度的氩气保护下进行焊接，氩气纯度不应低于99.99%。

（2）彻底清除冷却水管、管板和管板表面上的氧化皮油污等有机物。可以用化学和机械方法清洗。

（3）防风措施严格，无穿堂风等。

（4）选用合适的焊接线能量参数，焊接速度不能过快，电弧不能过长，正确掌握起弧、息弧等操作要领。

2 焊接工艺

2.1 施工工艺流程

2.1.1 焊前准备

（1）穿管前：必须使用浓度大于99.9%的酒精或丙酮擦洗凝汽器板及穿管孔，保证工作面的清洁度，擦拭完毕后使用纸张或者塑料薄膜等进行遮挡，防止造成二次污染。

（2）穿管：穿管时应在两端管板处设专人，使不锈钢冷却水管对准管孔，避免冲撞。同时每根冷却水管必须进行外观检查，确认管子表面无裂纹、砂眼、凹陷、毛刺、油污等缺陷，管口应无毛边，穿管受阻时不能强力猛击，应使用导向器导入。

（3）切管前的清洗：必须在切管前反复清洗，通过反复将管前后推拉，将板和管之间的油渍全部带出，清理干净。

（4）切管：采用专用的切管工具，严禁使用其他工具进行切割或磨削；预留长度在0～0.5 mm，以便焊接。

（5）胀管前的清洗：主要清洗切管时带来的污渍和金属粉末等。

（6）胀管：管子胀接程序应根据管束分组情况妥善安排，不得因胀接程序不合理造成管板变形，穿胀工作现场必须采取专门的遮蔽措施，严防灰尘，扩管机具必须彻底清洗，每扩管1～3根后用酒精清洗一次，扩管应用酒精做清洗剂，冷却水管在正式扩胀前应进行试胀，管口应无过胀、欠胀等不良缺陷发生。

2.1.2 焊机调试

2.1.3 搭设焊接作业棚

（1）在管板焊接前，所有已经胀管完成的板面，没有来得及焊接都必须使用塑料薄模进行铺盖，避免灰尘污染焊接面，影响焊接质量。

（2）焊接棚搭设主要是避免在焊接过程中，外界灰尘污染；管板焊机需要悬挂，减少作业人员的劳动强度，提高工作效率，保证焊接质量。

（3）搭设要根据现场的实际情况，有利于焊接、有利于保护、有利于安全，要考虑防火措施和安全通道等。

2.1.4 焊接

（1）为防止因焊接顺序不当造成焊接局部温度过高或者引起局部变形，焊接可采用对称跳焊的方法，以减少焊接应力。一般采用“之”字形跳焊法。（见图2）。

（2）推荐焊接参数。

焊接电流：70～85A

焊接速度：2.0转/min

氩气喷嘴流量：5～6 L/min

（3）焊接过程中应选择合适的起弧及收弧位置。

（4）焊接时应采用喷嘴尺寸较大的焊枪，以扩大气体保护区面积，确保焊接时熔池始终处在氩气保护下。

2.1.5 自检

由于此类管口数量十分多，产生焊接缺陷在所难免，必须对焊口进行100%自检，对每个缺陷都必须进行处理。

2.1.6 委托检验

焊接和自檢完成后，由焊接工程师委托进行着色检测。根据检验结果，对有缺陷的焊缝进行处理，并再次检验，直至合格，必要时，可更换管子。

2.1.7 整理焊接资料

焊接工程师根据施工情况，对焊接资料进行整理，归档。

2.2 手工钨极氩弧焊操作要领

（1）焊接时，焊接方向一般由右向左焊接，焊枪以一定速度前移，禁止跳动，尽量不作摆动，焊枪与焊件的倾角一般为70～85°左右。当需要摆动时，摆动频率要低，摆动幅度也不宜太大，以防止影响氩气的保护。

（2）为了防止焊缝氧化保证氩气保护效果，收弧后不能立即移开焊枪，应该待焊缝及热影响区金属冷却到350℃以下时方可移开焊枪。

（3）焊接过程中，焊接电弧尽量压低，以保证较好的气体保护。

3 质量验收

3.1 焊接质量标准符合相应的标准规程要求

（1）焊接质量的检验工作实行焊工自检和专业检验相结合的办法。

（2）焊接接头的检验方法分外观检查和着色检查。

（3）焊缝外观检查合格后，再进行着色检查。

（4）翻修后的焊缝必须重新进行外观检查和着色检查，符合质量标准后方为合格。

（5）焊缝外表美观：焊波均匀成鱼鳞状，焊缝宽展一致，无表面缺陷，焊缝表面呈银白色。

（6）焊缝着色检查一次合格率不低于99%。

（7）焊缝参与凝汽器灌水密封试验无渗漏。

3.2 质量保证措施

（1）凝汽器不锈钢管在穿管、切管、胀管时，一定要保证焊口表面的清洁度，去除所有油渍。

（2）在焊接过程中，采取相关措施保持工作环境清洁。

（3）在焊接时，背面的管子不能同时进行切管、胀管、清洗等工作，两面焊接不得在同根管子同时焊接。

（4）焊完后进行自检，有缺陷进行明显的标记，严禁使用油性笔标示。

（5）焊接时工件及焊材上的油污等杂质能使焊缝增碳，从而容易形成裂纹缺陷。管板在出厂前一般都涂油防锈，因此在穿管前必须对所有管板和管子进行认真的清理，所有隔板必须使用丙酮清洗掉油脂与油污，管孔内不允许有铁锈油污，更不允许有纵向沟槽，为保证胀管质量管孔应清理出金属光泽。穿管与胀管结束后，在施焊前应对冷却水管进行更彻底的清洁，具体方法是使用角向磨光机、砂纸、锉刀等清冷却水管顶端的细小毛刺，然后使用丙酮对冷却水管内部10 mm长度范围内进行清洗以彻底去除氧化物、铁屑、灰尘等杂物。

3.3 安全文明施工要求

（1）焊接均应设置相应的安全管理办法和安全操作规程。

（2）严禁擅自移动或拆除安全设施和标识。

（3）施工现场应有足够的夜间照明和消防设施。

（4）焊接应摆设合理、整齐，必须挂好操作规程，电气外壳必须可靠接地。施工用的辅助气体气瓶、电源线、电焊皮线应摆设合理。

（5）焊接的焊丝头及清洗焊口的酒精、擦布应及时回收。做到“工完，料尽，场地清”。

4 结语

该文通过对手工氩弧焊冷却水管焊接特性和缺陷产生的原因与规律的分析，总结了具有针对性的质量保证措施，使冷却水管的焊接生产效率和经济效益大有提高，对其他火电机组凝汽器冷却水管的焊接具有一定的借鉴意义。

参考文献

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