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1、(10)申请公布号 CN 103418886 A (43)申请公布日 2013.12.04 CN 103418886 A *CN103418886A* (21)申请号 201310355238.1 (22)申请日 2013.08.15 B23K 9/04(2006.01) B23K 9/18(2006.01) B23K 9/16(2006.01) (71)申请人 东方电气集团东方锅炉股份有限公 司 地址 643001 四川省自贡市自流井区五星街 黄桷坪路 150 号 (72)发明人 陈小明 张涛 潘乾刚 昌佳 (74)专利代理机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 代理人 巫敏 。
2、钱成岑 (54) 发明名称 高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封 口焊工艺 (57) 摘要 本发明公开了一种高压换热器管板碳钢堆焊 层与低碳钢管子封口焊工艺， 其工艺过程如下 ： 第一步， 在高压换热器管板上带极埋弧堆焊碳钢， 100%UT、 100%MT 探伤合格后， 堆焊层与管板热处 理， 机加堆焊层至 6-8mm， 管板坡口结构 ： 采用平 齐的坡口型式， 低碳钢管子与管板堆焊层平齐， 管 板堆焊层封口焊坡口倒角 245 度 ； 第二步， 焊前 预热 80-100 ； 焊前将低碳钢管子点焊在管板堆 焊层坡口内， 点焊时根部需熔透， 不加焊丝 ； 第三 步， 采用自动氩弧焊进行坡口封口焊。
3、 ； 封口焊完 成后， 对焊口进行 100%PT 探伤， 消除焊缝表面缺 陷。通过本发明工艺所得的碳钢封口焊焊缝表面 光滑平整， 焊缝近表面和表面均无针状气孔， 完全 能经受给水的长期冲刷。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 (10)申请公布号 CN 103418886 A CN 103418886 A *CN103418886A* 1/1 页 2 1. 一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 其特征在于 ： 其工艺过 程如下 ： 第一步， 在高压换热器管板上带极埋弧。
4、堆焊碳钢， 100%UT、 100%MT 探伤合格后， 堆焊层 与管板热处理， 机加堆焊层至 6-8mm， 管板坡口结构 ： 采用平齐的坡口型式， 低碳钢管子与 管板堆焊层平齐， 管板堆焊层封口焊坡口倒角 245 度 ； 第二步， 焊前预热 80-100； 焊前将低碳钢管子点焊在管板堆焊层坡口内， 点焊时根部 需熔透， 不加焊丝 ； 第三步， 采用自动氩弧焊进行坡口封口焊 ； 第四步， 封口焊完成后， 对焊口进行 100%PT 探伤， 消除焊缝表面缺陷。 2. 如权利要求 1 所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 其特征 在于 ： 在第三步中， 焊接机头定位为三点定位 ； 采。
5、用直径大于焊后胀接胀杆直径 0.2-0.3mm 的紫铜定位芯棒， 紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管子内， 伸出低碳钢管子 0.5-1mm。 3. 如权利要求 2 所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 其特征 在于 ： 在第三步中， 焊接时同时采用 2-4 台焊机对称焊接， 焊接完一个焊口后， 再焊相邻的 焊口。 4. 如权利要求 3 所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 其特征 在于 ： 在第三步中， 焊接工艺如下 ： 焊丝为低碳钢焊丝， 焊丝规格为 0.8mm-1.0mm ； 连续焊 接两层， 焊接脉冲电流为 150-180A， 基本脉冲电流为 45-55A，。
6、 脉冲时间为 30-60ms， 焊接速 度为 110 130mm/min， 送丝速度 ： 第一层为 500-550 mm/min， 第二层为 600-650 mm/min。 5. 如权利要求 4 所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 其特征 在于 ： 自动氩弧焊的焊丝为低碳钢焊丝 ER70S-2， 焊丝规格为 0.8mm。 6. 如权利要求 4 所述的高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 其特征 在于 ： 在第三步中， 提前脉冲电流时间 ： 0.1S， 提前电流 ： 100-130A， 提前电流时间 2-4S。 7. 如权利要求 1 所述的高压换热器管板碳钢堆焊层。
7、与低碳钢管子封口焊工艺， 其特征 在于 ： 在第一步中， 低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在 0-0.5mm， 并清理管板孔内、 封口焊 坡口和低碳钢管子端部， 无水、 锈和油污。 权 利 要 求 书 CN 103418886 A 2 1/4 页 3 高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺 技术领域 0001 本发明涉及一种堆焊层与低碳钢管子封口焊的焊接工艺， 尤其涉及一种高压换热 器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 属于焊接技术领域。 0002 背景技术 0003 300-600MW 高压加热器 （以下简称高加）的低碳钢管子管板进行封口焊， 其作 用是保证高加水室给水流入 U 型管。
8、与壳侧蒸汽进行热交换， 300MW 高加给水工作压力为 18-20MPa， 焊口为 3000 多个， 600MW 超临界高加给水工作压力为 29-32MPa， 焊口为 6000 多 个， 如原高加低碳钢管子管板结构为低碳钢管子伸出管板 3-5mm， 封口焊为角接。由于给水 压力高， 给水流速大， 在封口焊处阻碍给水流速， 封口焊冲刷大。 另外， 高加管板堆焊层由原 来的不锈钢堆焊层改为低碳钢堆焊层， 其原因是因为 ： 不锈钢堆焊层成本高， 低碳钢管子与 管板不锈钢堆焊层为异种钢接头易产生根部裂纹。 U型换热管采用低碳钢， 焊接时低碳钢熔 敷金属中 H 的溶解度比奥氏体不锈钢的溶解度小， 加之不。
9、锈钢的导热率约为碳钢的三分之 一， 不锈钢从液态冷却至固态的时间比碳钢时间长， 有利于气体的逸出， 因此低碳钢比不锈 钢更容易产生气孔。在焊接过程中， 高加封口焊一直用自动氩弧焊， 由于采用脉冲电流， 焊 缝金属凝固快， 所形成的气体来不及逸出而在焊缝中和焊缝表面形成针状气孔， 所以自动 氩弧焊比手工氩弧焊和手工电弧焊更易产生气孔。 0004 由于以上两原因， 高加封口焊在电厂运行过程中常常出现封口焊泄漏， 只要一个 焊口有表面或近表面气孔， 又由于高加水室给水压力高， 加之封口焊结构对给水阻力大， 在 很短的时间内该焊缝就冲刷为小孔而出现封口焊泄漏。 0005 发明内容 0006 本发明的目。
10、的在于 ： 提供一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工 艺， 解决高压碳钢封口焊的冲刷和焊缝中或焊缝表面气孔的技术问题， 保证了大量封口焊 焊口长期的可靠性， 从而能有效的解决上述现有技术中存在的问题。 0007 本发明目的通过下述技术方案来实现 ： 一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢 管子封口焊工艺， 其工艺过程如下 ： 第一步， 在高压换热器管板上带极埋弧堆焊碳钢， 100%UT、 100%MT 探伤合格后， 堆焊层 与管板热处理， 机加堆焊层至 6-8mm， 管板坡口结构 ： 采用平齐的坡口型式， 低碳钢管子与 管板堆焊层平齐， 管板堆焊层封口焊坡口倒角 245 度 ； 第二。
11、步， 焊前预热 80-100； 焊前将低碳钢管子点焊在管板堆焊层坡口内， 点焊时根部 需熔透， 不加焊丝 ； 第三步， 采用自动氩弧焊进行坡口封口焊 ； 第四步， 封口焊完成后， 对焊口进行 100%PT 探伤， 消除焊缝表面缺陷。 说 明 书 CN 103418886 A 3 2/4 页 4 0008 作为一种优选方式， 在第三步中， 焊接机头定位为三点定位 ； 采用直径大于焊后胀 接胀杆直径 0.2-0.3mm 的紫铜定位芯棒， 紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管子内， 伸出低碳 钢管子 0.5-1mm。 0009 作为进一步优选， 在第三步中， 焊接时同时采用 2-4 台焊机对称焊接， 焊接完。
12、一个 焊口后， 再焊相邻的焊口。 0010 作为进一步优选， 在第三步中， 焊接工艺如下 ： 焊丝为低碳钢焊丝， 焊丝规格为 0.8mm-1.0mm ； 连续焊接两层， 焊接脉冲电流为 150-180A， 基本脉冲电流为 45-55A， 脉冲 时间为 30-60ms， 焊接速度为 110 130mm/min， 送丝速度 ： 第一层为 500-550 mm/min， 第二 层为 600-650 mm/min。 0011 作为进一步优选， 自动氩弧焊的焊丝为低碳钢焊丝 ER70S-2， 焊丝规格为 0.8mm。 0012 作为进一步优选， 在第三步中， 提前脉冲电流时间 ： 0.1S， 提前电流 。
13、： 100-130A， 提 前电流时间 2-4S。 0013 作为一种优选方式， 在第一步中， 低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在 0-0.5mm， 并 清理管板孔内、 封口焊坡口和低碳钢管子端部， 无水、 锈和油污。 0014 本发明进行验证采用 “屋檐下水滴效应” ： 在屋檐下的水泥光滑平整， 水滴不会破 坏水泥面， 如水泥表面有小的缺陷， 在水滴不断的作用下， 该处的水泥表面将变为小孔， 孔 的深度会逐步加深， 孔的范围会逐步扩大。 0015 高铁火车头为流线型的， 对空气的阻力小， 如封口焊与管板堆焊层为圆滑过渡、 与 低碳钢管子内壁和管板连接处为流线型的圆滑过渡， 另外， 高出管板表面部。
14、分的焊高在保 证焊缝强度的情况下尽可能降低， 这将对高压给水的阻力减小， 碳钢封口焊焊缝能经受高 压给水的长期冲刷。 0016 与现有技术相比， 本发明的有益效果 ： 本发明从低碳钢管子、 管板结构上提出了采 用平齐的坡口型式， 管板开 245 度， 通过焊接工艺达到要求 ； 通过 “屋檐下水滴效应” 的观 点进行验证， 碳钢封口焊焊缝表面光滑平整， 焊缝近表面和表面均无针状气孔这一类缺陷， 完全能经受水的长期冲刷， 有效解决高压碳钢封口焊的冲刷和焊缝中或焊缝表面气孔的技 术问题。 0017 具体实施方式 0018 为了使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下结合实施例， 对本发明。
15、 进行进一步详细说明。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明， 并不用于 限定本发明。 0019 本说明书中公开的所有特征， 或公开的所有方法或过程中的步骤， 除了相互排斥 的特质和 / 或步骤以外， 均可以以任何方式组合， 除非特别叙述， 均可被其他等效或具有类 似目的的替代特征加以替换， 即， 除非特别叙述， 每个特征之一系列等效或类似特征中的一 个实施例而已。 0020 实施例 1 一种高压换热器管板碳钢堆焊层与低碳钢管子封口焊工艺， 其工艺过程如下 ： 说 明 书 CN 103418886 A 4 3/4 页 5 在高压换热器管板上带极埋弧堆焊碳钢， UT、 MT 探伤。
16、合格后， 堆焊层与管板热处理， 机 加堆焊层至 6.0mm， 管板坡口结构 ： 管板堆焊层封口焊坡口倒角 245 度， 采用平齐的坡口 型式， 低碳钢管子与管板堆焊层平齐， 低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在 0-0.5mm， 并清理 管板孔内、 封口焊坡口和低碳钢管子端部， 无水、 锈和油污。 0021 所焊焊口为与管板堆焊层为圆滑过渡、 与低碳钢管子内壁和管板连接处为流线型 的。 0022 对将要焊接的区域采用感应加热器预热管板堆焊层面， 焊前预热 80-100 ； 焊前 将低碳钢管子点焊在管板堆焊层坡口内， 点焊时根部需熔透， 不加焊丝。 0023 采用自动氩弧焊进行坡口封口焊， 焊接工艺为。
17、 ： 连续焊接两层， 焊接脉冲电流为 150-180A， 基本脉冲电流为 45-55A， 脉冲时间为 30-60ms， 焊接速度为 110 130mm/min， 送 丝速度 ： 第一层为 500-550 mm/min， 第二层为 600-650 mm/min。焊接时同时采用四台焊机 对称焊接， 焊接完一个焊口后， 再焊相邻的焊口， 利用焊接产生的热量， 只要焊接不中断， 不 需要再进行预热。四川空气中的湿度大， 通过预热能降低焊接区域的相对湿度和去除难清 理的油污 ； 这与通常焊前预热是改善焊接性， 避免焊缝出现冷裂纹有本质的不同。 0024 焊接机头定位为三点定位， 采用直径大于焊后胀接胀杆。
18、直径 0.2-0.3mm 的紫铜定 位芯棒， 紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管子内， 紫铜定位芯棒的直径为 10-11mm， 具体 直径根据不同的管子壁厚度而定， 紫铜定位芯棒伸出低碳钢管子 0.5-1mm， 管子焊丝为低碳 钢焊丝， 焊丝规格为 0.8mm。为保证起弧位置的熔合， 提前脉冲电流时间 ： 0.1S， 提前电 流 ： 100-130A， 提前电流时间 2-4S。 0025 按此焊接工艺所焊焊口 ： 焊缝余高为 0.25-0.8mm， 与管板堆焊层为圆滑过渡、 与 低碳钢管子内壁和管板连接处为流线型的圆滑过渡， 这样的焊缝对给水的阻力小。 0026 根据流体力学的柏努利方程式 ： 在任。
19、一截面上单位质量流体所具有的位能、 动能、 静压能之和为一常数， 称为总机械能 ； 在不考虑位能情况下， 低碳钢管子伸出管板越小， 对 给水阻力越小， 在此处的给水流速减小不大， 受到的静压力不大， 在低碳钢管子端部焊缝内 侧， 由于截面积减小， 给水流速增大， 低碳钢管子端部焊缝内侧此处受的静压力减小， 即低 碳钢管子端部外侧焊缝所受的静压力不大， 内侧焊缝所受的静压力减小， 焊缝因流体流动 附加的压差小， 焊口对给水阻力小， 不会在焊口周围形成旋流， 焊口能长时间工作而不破 坏。 0027 为实现实现以上好的焊口 ： 与管板堆焊层为圆滑过渡、 与低碳钢管子内壁和管板 连接处为流线型的圆滑过。
20、渡， 由于焊接在低碳钢管子端部进行， 焊接熔敷金属流入管内， 机 头的定位芯棒在低碳钢管子内焊后取不出定位芯棒， 采用紫铜的定位芯棒， 紫铜定位芯棒 伸出低碳钢管子 0.5-1mm， 由于紫铜散热快， 能有效阻止焊缝金属的过多流入， 焊后易取出 定位芯棒， 又保证管子内的焊缝成型。 0028 另一方面在低碳钢管子端部进行焊接， 焊接变形会引起低碳钢管子端部缩口， 后 道工序的 90% 的焊口液压胀接的胀杆无法通过焊口进入管内， 采用紫铜芯棒的直径应大于 焊后胀接的胀杆直径 0.2-0.3mm， 就能有效解决这一问题。 0029 封口焊完成后， 对焊口进行 100%PT 探伤， 消除焊缝表面缺陷。
21、， 1 级合格。 0030 以上几点的有机结合才能获得满意的封口焊焊缝， 能长期承受高压给水的冲刷。 0031 应用实施例 ： 说 明 书 CN 103418886 A 5 4/4 页 6 以 300MW 高加为例。 0032 1.20MnMo 带极埋弧堆焊碳钢， 堆焊厚度为 10mm， 焊带为 SOUDOTAPEA， 规格 600.5mm。 0033 焊前预热150， 焊后后热200/2h， 100%UT、 100%MT探伤合格后堆焊层与管板热 处理， 机加堆焊层至 6mm， 管板孔堆焊层倒角 245 度封口焊坡口， 并清理管板孔内、 封口焊 坡口和低碳钢管子端部。 0034 2. 在封口焊。
22、坡口处手工氩弧焊点焊低碳钢管子端部， 点焊时不加焊丝， 根部需熔 透。低碳钢管子材质为 SA556MC2， 161.9mm。在点焊前将低碳钢管子与管板堆焊层平 齐， 低碳钢管子伸出管板堆焊层控制在 0.2mm。 0035 3. 对将要焊接的区域采用感应加热器预热管板堆焊层面， 焊前预热 80-100。 0036 4. 采用自动氩弧焊， 焊接机头定位为三点定位， 紫铜定位芯棒插入所焊低碳钢管 子内， 紫铜定位芯棒为 11.8mm， 紫铜定位芯棒伸出低碳钢管子 0.6mm。 0037 5.封口焊的焊接， 其焊接工艺如下 ： 焊丝为ER70S-2， 焊丝规格为0.8mm ； 连续焊 接两层， 焊接脉。
23、冲电流为 180A， 基本脉冲电流为 55A， 脉冲时间为 60ms， 焊接速度为 130mm/ min ， 送丝速度 ： 第一层为 500 mm/min， 第二层为 600 mm/min。为保证起弧位置的熔合， 提 前脉冲电流时间 ： 0.1S， 提前电流 ： 100A， 提前电流时间 2S。 0038 焊接时， 同时采用 4 台焊机对称焊接， 焊接完一个焊口后， 再焊相邻的焊口， 利用 焊接产生的热量， 只要焊接不中断， 不需要再进行预热。 0039 6. 焊后对所有封口焊口进行 100%PT 探伤， 1 级合格。 0040 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说 明 书 CN 103418886 A 6 。