脉冲MAG混合气体保护焊在膜式壁上的应用

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前言   
光管+扁钢焊制膜式水冷壁以其气密性好、减少漏风、使炉膛可采用微正压燃烧、炉墙只需应用轻型绝热材料且便于采用悬吊结构、易于组合安装等优点而广泛应用于国内外电站锅炉的水冷壁结构型式中。其制造质量及尺寸偏差必须符合JB/T5255-91的各项规定要求，制造工艺的优劣显然成为至关重要的一环。锅炉行业膜式壁制造主要采用埋弧自动焊和MAG气体保护焊两种方法。20世纪80年代埋弧自动焊以其熔深大，焊接质量高，无弧光辐射等优点得到广泛应用，但由于其存在焊接变形大，无法正反一次成型等缺点，正被日臻成熟的MAG气体保护焊所冲击。MAG气体保护焊能够实现焊缝正反一次成型、管屏变形小、焊缝成型饱满、生产效率高，而且由于采用了富氩混合气体，电弧燃烧稳定、飞溅小、电弧轴向力大，又克服了电弧飘移表面张力大等问题，熔深呈弧形，金属流动性好，易获得致密焊缝。提高了焊丝利用率，改善了劳动条件，因而正得到越来越广泛的应用。
  
1 焊接设备及主要参数
我厂目前拥有两种规格MAG膜式壁焊机，主要参数如下：
1.1 3200×8极膜式壁MAG气体保护焊机
工件最大宽度：3200
工件最大长度：12m
压辊抬高高度：225mm
焊枪横向调节范围：1250mm
适焊管子规格：φ32~φ76  壁厚3.5~9mm
适焊扁钢规格：宽度12~110mm，公差±0.1，厚度4~9mm
管子及扁钢材质：低碳钢及低合金钢
1.2 1600×12极膜式壁MAG气体保护焊机
工件最大宽度：1600
工件最大长度：12m
压辊抬高高度：170mm
焊枪横向调节范围：1000mm
适焊管子规格：φ32~φ76mm，壁厚3.5~9mm
适焊扁钢规格：宽度12~110mm，公差±0.1，厚度4~9mm
管子及扁钢材质：低碳钢及低合金钢
1.3 电源配备
焊接选用芬兰肯比逆变焊机，具体型号分别为PRO4200焊接电源，PROMIG501送丝机；PROCOOL30水箱；笔式水冷枪（420AmP）及其它配套元件，确保焊接运行可靠，性能良好。
  
2 焊接工艺参数及调节：
2.1 参数范围
焊丝：SM—70，φ1.2
极性：直流反接
焊接电流及电压：
上工位焊枪：200-220A，25-27V
下工位焊枪：180-200A，25-27V
焊接速度：650-700mm/min
焊丝干伸长：15±1mm
气体流量：15-20 l/min
混合气体比例：Ar (80-85)：CO2（20-15）
焊枪前倾角α：00-150
焊枪横向倾角β：250-300
2.2 主要参数调节
2.2.1 焊丝干伸长L
L过长，在电流不变的情况下易发生过热而成段熔断，飞溅严重，造成焊接过程不稳定，同时喷咀与工件距离亦增大，气体保护效果变差。
当然,L过小,势必缩短喷嘴与工件间的距离,飞溅金属容易堵塞喷嘴。
2.2.2 焊枪前倾角α
随着α角增加，飞溅率降低，熔宽增加，余高降低，焊缝边缘熔合性能大为改善，有利于消除咬边现象。
2.2.3 焊枪横向倾角β
β角过大，会使焊缝光管侧的熔化性变差，同时，同组焊枪会发生电弧干扰，飞溅增加。因此β角应偏小为宜。
2.2.4 焊接电流、电压及焊速
应尽量使用较大电流进行焊接，并匹配相应焊速及电压，提高电弧挺度，减少磁偏吹的影响，保证焊缝熔深及尺寸要求。适当匹配脉冲规范参数，可对焊件的输入进行大范围的调节和精确控制。同时，应注意相邻电弧之间热输入量的均匀性以及焊接位置的对称性，实践中发现这是有效减少旁弯的得力措施。
2．2．5 混合气体比例：随着Ar气含量增加，熔滴过渡频率增大，并在80%Ar气含量附近达到极大值；而且气体比例对飞溅也有很大影响，Ar气含量增加，飞溅率下降，并且75%~85%Ar气含量附近下降最快，约为2%~3%。
  
3 膜式壁拼排工艺要点
3.1 拼片类型
3.1.1 基本单元片
基本单元片O—O—O，—O—O—，—O—，在两台焊机上均可实现；
O—O—O—O, —O—O—O—主要在1600×12极焊机上实现。
3.1.2  拼小片
根据产品尺寸及宽度选择不同基本单元片进行拼片，主要在3200×8极焊机上施焊。
3.1.3  拼大片
将小片进一步拼成符合产品总宽度要求的管屏，主要在3200×8极焊机上施焊。
3.2 拼片工艺要点
3.2.1 为保证管屏对角线差L1-L2不得超过5mm要求，及考虑管端倒角、焊缝收缩量等因素，管屏管端应留有回切量，管子下料应考虑工艺加长。一般应遵循：设计尺寸+150mm。管屏焊后需弯曲时，工艺加长还应计入弯曲设备夹持直段长度。

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3.2.2 为保证整体管屏的宽度，必须首先保证各小片的宽度要求，经测定，管片宽度方向的收缩量见表1。

表1  管片宽度方向的收缩量

Table 1  Contraction in the width

管片 型式	O—O—O （3管）		O-O-O-O-O-O （6管）		12管		24管
宽度 方向 收缩 量	收弧端	始焊端	收弧 端	始焊 端	收弧端	始焊端	收弧端	始焊端
	-0.5~ -1	-0.1~ -1.2	-0.4~ -1.5	-0.8~ -1.3	+2	+3	-1.8~ +3	-1~ -3

  
由上所知，始焊端比收弧端收缩量要大，对三管管片型式而言，平均每条焊缝的宽度收缩量最大为0.3。
因此，在拼焊单元片时，要注意根据管径实际尺寸，调整扁钢精整量及管间距（要计入焊缝收缩量）。
同时，由于焊机采用了上、下压辊的形式，管片宽度尺寸得到了有效保证，偏差：单节距≤±1mm，总宽度每米不超过3mm，且总宽度偏差≤±3mm，远远满足≤±6mm的规定要求。
3.2.3 在生产实践中发现，管片始焊端收弧端焊缝收缩量是有差异的。收缩量的大小与规范选择、管子选配等都有很大关系，始焊端管片宽度收缩量与收弧端的差值一般在0.7~1.6mm之间，因此在将单元片组配成管片时，要注意各单元片焊接始末端搭配组焊，以调整管片宽度均匀一致，满足规定要求。
3.2.4 应根据管径实际变化和对中高低的要求，随时调整焊机上的扁钢对中调整装置，使扁钢处在管子中心位置，并用扁钢压紧轮压紧，以保证焊缝美观，参数稳定，管片变形小。
3.2.5 通过调节压辊及校正辊的压力，配之以合理的焊接参数，将管屏横向弯曲值（面弯）H（如图1所示）控制在允许偏差之内，大大减少和避免了焊后校平量。

图1 面弯控制 Fig 1 Control of the plane bending

                               
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3.2.6 通过调节焊道之间热输入量以及校正辊压力、侧压辊压力等参数，可有效控制旁弯。生产中旁弯基本控制在如表2范围之内。实践证明，当单元片有较大旁弯时，合屏时完全可通过侧辊压力校正过来。因此，单元片的旁弯可在较大范围内控制。

表2  管片焊后旁弯值

Table 2  Sideward bending values after welding

管片 型式	O—O—O （3管）	O-O-O-O-O-O （6管）	12管	24管
旁弯值	3~18	3~8	2~7	3~3.5

  
根据上述测定值，最终能够完全满足旁弯度的允许偏差（如图2所示）：当双向旁弯时，f1+f2≤6mm，单向旁弯时f≤6mm的要求。
  

图2 旁弯偏差 Fig. 2 Deviation of the side bending

未完……
  


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