CN110695495A - 用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及焊接技术领域，提供了一种用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，包括以下步骤，S1、将水冷壁管的坡口及内外壁两侧的杂质清除；S2、将水冷壁管组对；S3、对水冷壁管的对接接头处进行焊前预热；S4、对每个对接接头进行至少三层焊接。本发明实施例的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，在施工现场焊接位置差的情况下，通过控制对接接头的对口间隙、预热温度、焊接电流、焊接电压、焊接速度等工艺参数，在对T23管的对接接头进行氩弧焊打底焊接时，无需在管子内充氩气保护，就能保证对接接头的焊接质量，与现有焊接工艺相比，不仅提高了焊接效率，而且降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及焊接技术领域，特别涉及一种用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工 艺。
背景技术
塔式锅炉水冷壁管常采用T23管，而对于T23管的对接焊缝，目前采用的焊接方法为： 首先采用氩弧焊打底焊接，然后采用氩弧焊或手工焊进行盖面焊接，在打底焊接时采用在管 内充氩气的方法对焊缝背面进行保护，防止焊缝背面氧化。这种焊接方法的优点是：对焊工 操作技能水平的要求可略降低，打底层焊缝质量易保证，适合于T23焊口数量少、焊接位置 好且易于充氩气的锅炉施工。这种焊接方法的缺点是：在管内充氩气难度大的地方不易实施， 在管排结构复杂、相邻管子间距小等焊接位置差的情况下不易实施；即使在上述焊接位置差 的情况下采用该焊接方式，也存在焊接效率低、施工成本高的缺陷。
在塔式锅炉的安装现场，由于水冷壁的T23管的数量多、管径小、管子间距小、管子长、 管排结构复杂，将造成水冷管壁的对接焊缝数量多、焊接位置窄、对口难度大的困难；在这 种情况下，针对T23管的对接焊缝，打底焊接时在管内充氩气保护，不仅氩气的消耗量大， 而且充氩气的效果也较差，不能完全对焊缝背面进行保护，也难以保证氩弧焊打底质量；并 且焊接过程中，由于相邻管子的间距小，管子的散热速度慢，容易造成焊缝、熔合区、热影 响区的金属过热，使焊接区域内部分没有完成贝氏体转变的奥氏体发生高温转变，同时使金 属组织变粗，导致金属的耐温耐压性能下降，且由于温度过高还容易使打底层焊缝出现过烧 现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺， 以保证水冷壁管在现场对接时的焊接质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊 接工艺，该水冷壁管为T23管，其规格为
或包括以下步骤：
S1、将水冷壁管的坡口及内外壁两侧10～15mm范围内的杂质清除，直至水冷壁管露出金 属光泽；
S2、将水冷壁管组对，并调整水冷壁管的对口间隙为2.5～3.5mm，然后将对接的水冷壁 管点固焊；
S3、对水冷壁管的对接接头处进行焊前预热，预热温度为150～200℃；
S4、对每个对接接头进行至少三层焊接；第一层为氩弧焊打底焊，水冷壁管内未充氩气 保护，焊接电流为100～110A，焊接电压为11～13V，焊接速度为55～65mm/min；
第二层为氩弧焊填充焊，焊接电流为105～115A，焊接电压为12～13V，焊接速度为45～ 55mm/min；
其余层为盖面焊，采用氩弧焊或手工电弧焊，焊接电流为110～120A，焊接电压为12～ 13V，焊接速度为55～70mm/min。
进一步的，在每个对接接头的焊接过程中，层间温度为150～350℃。
进一步的，第一层的焊接厚度为2.5～3mm。
进一步的，第二层的焊接厚度为1.5～2.5mm。
进一步的，当水冷壁管的外径为
时，每个对接接头的打底焊为沿对接接头的圆 周方向分段焊接，在每个对接接头的圆周方向依次间隔设置三个分隔点，分别是A、B、C； 第一焊段由A点位置开始焊接、至B点位置结束焊接；第二焊段由C点位置开始焊接、至A 点位置结束焊接；第三焊段由C点位置开始焊接、至B点位置结束焊接。
进一步的，AB之间的焊段长度为LAB，CA之间的焊段长度为LCA，CB之间的焊段长度为LCB； 其中，LAB<LCA，LCA＝LCB。
进一步的，其中，LCA＝4×LAB。
进一步的，当水冷壁管的外径为
时，每个对接接头的打底焊为沿对接接头的圆 周方向分段焊接，在每个对接接头的圆周方向依次间隔设置五个分隔点，分别是D、E、F、G、 H；第一焊段由D点位置开始焊接、至E点位置结束焊接；第二焊段由D点位置开始焊接、至 H点位置结束焊接；第三焊段由E点位置开始焊接、至F点位置结束焊接；第四焊段由G点 位置开始焊接、至F点位置结束焊接；第五焊段由G点位置开始焊接、至H点位置结束焊接。
进一步的，DE之间的焊段长度为LDE，DH之间的焊段长度为LDH，EF之间的焊段长度为LEF， GF之间的焊段长度为LGF，GH之间的焊段长度为LGH；其中，LDE<LDH<LGH，LDH＝LEF， LGH＝LGF。
进一步的，其中，LGH＝2.5×LDH，LDH＝1.5×LDE。
本发明的有益效果是：本发明实施例的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺， 在施工现场焊接位置差的情况下，通过控制对接接头的对口间隙、预热温度、焊接电流、焊 接电压、焊接速度等工艺参数，在对T23管的对接接头进行氩弧焊打底焊接时，无需在管子 内充氩气保护，就能保证对接接头的焊接质量，与现有焊接工艺相比，不仅提高了焊接效率， 而且降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明中的水冷壁管组对后的结构示意图；
图2是本发明中的水冷壁管的对接接头在打底焊时的第一种实施方式的结构示意图；
图3是本发明中的水冷壁管的对接接头在打底焊时的第二种实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明实施例的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，该水冷壁管为T23管， 其规格为
或包括以下步骤：
S1、将水冷壁管的坡口及内外壁两侧10～15mm范围内的杂质清除，直至水冷壁管露出金 属光泽；
S2、将水冷壁管组对，并调整水冷壁管的对口间隙为2.5～3.5mm，然后将对接的水冷壁 管点固焊；
S3、对水冷壁管的对接接头处进行焊前预热，预热温度为150～200℃；
S4、对每个对接接头进行至少三层焊接；第一层为氩弧焊打底焊，水冷壁管内未充氩气 保护，焊接电流为100～110A，焊接电压为11～13V，焊接速度为55～65mm/min；
第二层为氩弧焊填充焊，焊接电流为105～115A，焊接电压为12～13V，焊接速度为45～ 55mm/min；
其余层为盖面焊，采用氩弧焊或手工电弧焊，焊接电流为110～120A，焊接电压为12～ 13V，焊接速度为55～70mm/min。
如图1所示，为简化视图，图中仅示出了四对水冷壁管的组对情况，所述水冷壁管的规 格为
其中，D为管子的外径，t为管子的壁厚；相邻的水冷壁管的外壁之间的距离为 L2。根据设计要求，当水冷壁管的外径越大，其相邻的的水冷壁管的外壁之间的距离L2越大； 当水冷壁管的外径越小，其相邻的水冷壁管的外壁之间的距离L2越小；因此，当水冷壁管的 外径越小，其焊接位置的条件就越差。
在塔式锅炉现场安装之前，水冷壁管端部的坡口已经通过车床加工完成，步骤S1中，在 组对前，应将水冷壁管的坡口及其内外壁两侧10～15mm范围内的杂质清除，上述杂质为油、 水、漆、垢、锈等，彻底清除杂质直至露出金属光泽。然后再检查坡口及其边缘20mm范围内 有无不允许的缺陷，例如裂纹、重皮等，确认无误后方可进行水冷壁管组对。
步骤S2中，在将水冷壁管组对时，应将管子垫置牢固，以防产生焊接角变形和附加应力， 并且在组对过程中严禁强力组对，防止焊后产生再热裂纹和应力裂纹。如图1所示，组对后 的水冷壁管的对口间隙为L1，应控制对口间隙L1在2.5～3.5mm之间，然后将对接的水冷壁 管采用氩弧焊的方式点固焊，点固焊过程中，不得在管子表面随意引燃电弧或试验电流。点 固焊后，应对焊点进行检查，如发现焊接缺陷应及时将焊点用专用工具清除，并重新进行点 固，经检查确认无缺陷后方可焊接。
步骤S3中，对水冷壁管的对接接头处采用氧乙炔火焰进行焊前预热，火焰加热过程中， 随时采用便携式远红外测温仪在坡口内测量预热温度，使对接接头的预热温度控制在150～ 200℃。火焰加热过程中，火焰的移动速度要稳定、加热宽度为对接接头两侧各外延50mm以 上，使被焊件温度分布梯度均匀，预热过程中应注意控制火焰的燃烧状况，防止管子表面被 增碳或被氧化。
步骤S4中，当对接接头处的预热温度满足要求后，对每个对接接头进行至少三层焊接。 第一层为氩弧焊打底焊，第二层为氩弧焊填充焊，其余层为氩弧焊或手工电弧焊盖面焊。在 第一层氩弧焊打底焊时，由于未在管子内充氩气保护，因此，在焊接过程中，必须严格按照 焊接工艺参数焊接，即焊接电流、焊接电压和焊接速度应严格控制在要求的范围内。这是因 为，焊接电流是影响熔池深度的主要因素，焊接电流过小则由于缺少足够的焊接线能量，不 能使母材充分熔化而在焊缝背面产生未熔合、内凹等缺陷，焊接电流过大则由于输入过大的 焊接线能量，使焊缝金属产生过烧、咬边等缺陷。焊接电压是影响熔池宽度的主要因素，合 适的焊接电压可以形成一定的熔池宽度，使母材和焊材能正常熔化；而过高的焊接电压则会 使焊缝出现气孔等缺陷。焊接速度对熔池深度和熔池宽度均有明显的影响，焊接速度太快则 不能使母材充分熔化而在焊缝背面产生未熔合、内凹等缺陷，焊接速度太慢则会由于输入过 大的焊接线能量，使焊缝金属产生过烧、咬边等缺陷。
因此，本发明实施例的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，在施工现场焊 接位置差的情况下，通过控制对接接头的对口间隙、预热温度、焊接电流、焊接电压、焊接 速度等工艺参数，在对T23管的对接接头进行氩弧焊打底焊接时，无需在管子内充氩气保护， 就能保证对接接头的焊接质量，并且能避免T23管在焊接过程中的再热裂纹倾向。与现有焊 接工艺相比，不仅提高了焊接效率，而且降低了生产成本。
为进一步提高焊接接头的焊接质量，在每层焊接过程中，力求做到焊枪摆动前进时均匀、 稳定，由于焊接过程中熔池的位置是不断变化的，因此应尽量保持焊枪、焊丝与管子周向切 线的夹角尽量保持微变，但不能大变，同时送丝速度力求均匀。
作为优选的方案，为了进一步提高焊接质量，在每个对接接头的焊接过程中，层间温度 为150～350℃。针对每个对接接头，通过设置多层焊接的方式，并控制层间温度，进而可减 少T23管在焊接过程中可能出现的再热裂纹和晶粒长大，提高了焊接接头的焊接质量。在焊 接过程中，可以采用便携式远红外测温仪测量层间温度，优选的，层间温度在起焊点前5～ 10mm处测量。
每层的焊接厚度对焊接质量也存在较大的影响，当第一层的焊接厚度太薄时，则在焊接 第二层时，第一层焊缝容易被焊穿，在焊缝背面产生焊瘤，或者背面焊缝由于温度过高而引 起金属过烧而氧化；当第一层的焊接厚度太厚时，那么第一层的焊接速度就会减慢，焊接线 能量就会变大，熔池温度就会过高，则背面焊缝金属也易出现过烧而氧化的现象，这样形成 的焊缝还会恶化焊接接头的力学性能。因此，为了提高焊接质量，作为优选方案，第一层的 焊接厚度为2.5～3mm。第二层的焊接厚度为1.5～2.5mm。
在进行氩弧焊打底焊时，散热速度对焊接质量也存在较大的影响，由于本发明中相邻的 水冷壁管的外壁之间的距离较小，因此在焊接过程中，其散热效果就较差，这样就会使熔池 内的温度过高，进而造成金属过烧而氧化。因此，本发明中在进行打底焊时，采用分段焊接 的方式，以达到降低熔池内温度的目的，避免熔池内的温度过高，防止金属过烧而氧化。
图2是本发明中的水冷壁管的对接接头在打底焊时的第一种实施方式的结构示意图；参 照图2，当水冷壁管的外径为
时，每个对接接头的打底焊为沿对接接头的圆周方向 分段焊接，在每个对接接头的圆周方向依次间隔设置三个分隔点，分别是A、B、C；第一焊 段由A点位置开始焊接、至B点位置结束焊接；第二焊段由C点位置开始焊接、至A点位置 结束焊接；第三焊段由C点位置开始焊接、至B点位置结束焊接。
如图2所示，A、B、C三个分隔点在圆周上顺时针设置；当然，A、B、C三个分隔点在圆周上也可以逆时针设置。其中，A、B、C三个分隔点可以是虚拟的点，也可以是由水冷壁管 在组对时的点焊位置而形成。作为优选的方案，AB之间的焊段长度为LAB，CA之间的焊段长 度为LCA，CB之间的焊段长度为LCB；其中，LAB<LCA，LCA＝LCB。进一步的，其中，LCA＝4×LAB。
图3是本发明中的水冷壁管的对接接头在打底焊时的第二种实施方式的结构示意图；参 照图3，当水冷壁管的外径为
时，每个对接接头的打底焊为沿对接接头的圆周方向 分段焊接，在每个对接接头的圆周方向依次间隔设置五个分隔点，分别是D、E、F、G、H； 第一焊段由D点位置开始焊接、至E点位置结束焊接；第二焊段由D点位置开始焊接、至H点位置结束焊接；第三焊段由E点位置开始焊接、至F点位置结束焊接；第四焊段由G点位 置开始焊接、至F点位置结束焊接；第五焊段由G点位置开始焊接、至H点位置结束焊接。
如图3所示，D、E、F、G、H五个分隔点在圆周上顺时针设置；当然，D、E、F、G、H五 个分隔点在圆周上也可以逆时针设置。其中，D、E、F、G、H五个分隔点可以是虚拟的点， 也可以是由水冷壁管在组对时的点焊位置而形成。作为优选的方案，DE之间的焊段长度为LDE， DH之间的焊段长度为LDH，EF之间的焊段长度为LEF，GF之间的焊段长度为LGF，GH之间的焊 段长度为LGH；其中，LDE<LDH<LGH，LDH＝LEF，LGH＝LGF。进一步的，其中， LGH＝2.5×LDH，LDH＝1.5×LDE。
T23管母材的力学性能为：抗拉强度≥510MPa，屈服强度≥400MPa，硬度(HB)为160～ 220。
实施例1：
水冷壁管为T23管，其规格为
对口间隙为2.5mm；预热温度为150℃； 对接接头分三层焊接；第一层氩弧焊打底焊时，焊接厚度为2.5mm，焊接电流为100A，焊接 电压为11V，焊接速度为55mm/min；第二层氩弧焊填充焊时，焊接厚度为1.5mm，焊接电流为105A，焊接电压为12V，焊接速度为45mm/min；第三层氩弧焊盖面焊时，焊接电流为110A，焊接电压为12V，焊接速度为55m/min；层间温度为150℃。
采用本实施例中的焊接工艺对水冷壁管进行焊接，并对焊接接头进行力学性能检测，其 结果如下所述：
实施例2：
水冷壁管为T23管，其规格为
对口间隙为3mm；预热温度为180℃；对 接接头分三层焊接；第一层氩弧焊打底焊时，焊接厚度为3mm，焊接电流为105A，焊接电压 为12V，焊接速度为60mm/min；第二层氩弧焊填充焊时，焊接厚度为2mm，焊接电流为110A， 焊接电压为12V，焊接速度为50mm/min；第三层氩弧焊盖面焊时，焊接电流为115A，焊接电 压为13V，焊接速度为60m/min；层间温度为200℃。
采用本实施例中的焊接工艺对水冷壁管进行焊接，并对焊接接头进行力学性能检测，其 结果如下所述：
实施例3：
水冷壁管为T23管，其规格为
对口间隙为3.5mm；预热温度为200℃； 对接接头分四层焊接；第一层氩弧焊打底焊时，焊接厚度为3mm，焊接电流为110A，焊接电 压为13V，焊接速度为65mm/min；第二层氩弧焊填充焊时，焊接厚度为2.5mm，焊接电流为115A，焊接电压为13V，焊接速度为55mm/min；第三层和第四层氩弧焊盖面焊时，焊接电流为120A，焊接电压为13V，焊接速度为70m/min；层间温度为250℃。
采用本实施例中的焊接工艺对水冷壁管进行焊接，并对焊接接头进行力学性能检测，其 结果如下所述：
实施例4：
水冷壁管为T23管，其规格为
对口间隙为3mm；预热温度为200℃； 对接接头分四层焊接；第一层氩弧焊打底焊时，焊接厚度为3mm，焊接电流为106A，焊接电 压为12V，焊接速度为62mm/min；第二层氩弧焊填充焊时，焊接厚度为2.5mm，焊接电流为108A，焊接电压为12V，焊接速度为50mm/min；第三层和第四层氩弧焊盖面焊时，焊接电流为116A，焊接电压为13V，焊接速度为65m/min；层间温度为350℃。
采用本实施例中的焊接工艺对水冷壁管进行焊接，并对焊接接头进行力学性能检测，其 结果如下所述：
由上可知，本发明实施例的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，在施工现 场焊接位置差的情况下，通过控制对接接头的对口间隙、预热温度、焊接电流、焊接电压、 焊接速度等工艺参数，在对T23管的对接接头进行氩弧焊打底焊接时，无需在管子内充氩气 保护，就能保证对接接头的焊接质量。
Claims (10)
1.用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，该水冷壁管为T23管，其规格为
或
其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水冷壁管的坡口及内外壁两侧10～15mm范围内的杂质清除，直至水冷壁管露出金属光泽；
S2、将水冷壁管组对，并调整水冷壁管的对口间隙为2.5～3.5mm，然后将对接的水冷壁管点固焊；
S3、对水冷壁管的对接接头处进行焊前预热，预热温度为150～200℃；
S4、对每个对接接头进行至少三层焊接；第一层为氩弧焊打底焊，水冷壁管内未充氩气保护，焊接电流为100～110A，焊接电压为11～13V，焊接速度为55～65mm/min；
第二层为氩弧焊填充焊，焊接电流为105～115A，焊接电压为12～13V，焊接速度为45～55mm/min；
其余层为盖面焊，采用氩弧焊或手工电弧焊，焊接电流为110～120A，焊接电压为12～13V，焊接速度为55～70mm/min。
2.根据权利要求1所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，在每个对接接头的焊接过程中，层间温度为150～350℃。
3.根据权利要求1或2所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，第一层的焊接厚度为2.5～3mm。
4.根据权利要求3所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，第二层的焊接厚度为1.5～2.5mm。
5.根据权利要求1或2所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，当水冷壁管的外径为
时，每个对接接头的打底焊为沿对接接头的圆周方向分段焊接，在每个对接接头的圆周方向依次间隔设置三个分隔点，分别是A、B、C；第一焊段由A点位置开始焊接、至B点位置结束焊接；第二焊段由C点位置开始焊接、至A点位置结束焊接；第三焊段由C点位置开始焊接、至B点位置结束焊接。
6.根据权利要求5所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，AB之间的焊段长度为LAB，CA之间的焊段长度为LCA，CB之间的焊段长度为LCB；其中，LAB<LCA，LCA＝LCB。
7.根据权利要求6所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，其中，LCA＝4×LAB。
8.根据权利要求1或2所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，当水冷壁管的外径为
时，每个对接接头的打底焊为沿对接接头的圆周方向分段焊接，在每个对接接头的圆周方向依次间隔设置五个分隔点，分别是D、E、F、G、H；第一焊段由D点位置开始焊接、至E点位置结束焊接；第二焊段由D点位置开始焊接、至H点位置结束焊接；第三焊段由E点位置开始焊接、至F点位置结束焊接；第四焊段由G点位置开始焊接、至F点位置结束焊接；第五焊段由G点位置开始焊接、至H点位置结束焊接。
9.根据权利要求8所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，DE之间的焊段长度为LDE，DH之间的焊段长度为LDH，EF之间的焊段长度为LEF，GF之间的焊段长度为LGF，GH之间的焊段长度为LGH；其中，LDE<LDH<LGH，LDH＝LEF，LGH＝LGF。
10.根据权利要求9所述的用于塔式锅炉现场安装时的水冷壁管的焊接工艺，其特征在于，其中，LGH＝2.5×LDH，LDH＝1.5×LDE。
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