K-TIG在GE燃?xì)廨啓C擴散器上的應(yīng)用

1、K-TIG 在 GE 燃?xì)廨啓C擴散器上的應(yīng)用一 摘要本文通過用 K-TIG 這種新型焊接方法進(jìn)行焊接美國 GE 燃?xì)廨啓C擴散器外通體環(huán)縫，該種 K-TIG 焊接方法具有效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，節(jié)約焊材成本低等優(yōu)點。但同時針對實際生產(chǎn)中遇到的裝配間隙和錯邊量等問題提出解決方案，取得令客戶滿意的效果。二 關(guān)鍵詞不銹鋼擴散器；K-TIG焊；裝焊工藝；質(zhì)控措施三 前言K-TIG（Keyhole TIG Welding），也叫縮孔 TIG 焊，它是在傳統(tǒng) TIG 的基礎(chǔ)上，通過大電流（300A）形成的較大電弧壓力與熔池的液態(tài)表面金屬張力實現(xiàn)相對的平衡，形成小孔而實現(xiàn)深熔焊的焊接方法。它和等離子電弧差不多，但

2、和等離子實質(zhì)還不一樣，它是靠自然狀態(tài)（非壓縮電?。┰谀覆膬蓚€面的連接處逐漸的割出一個小孔，然后再結(jié)合母材，而不需要填充（也不需要開坡口），節(jié)約了焊材，而對于 16mm 以下鋼板，可一次性焊透，做到單面焊雙面成型，從而大大提高了生產(chǎn)效率。GE POWER & WATER 美國通用電氣集團，世界 500 強上市公司，其生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C被世界各地發(fā)電廠所使用，常見的產(chǎn)品也由原來的 F 系列（比如 6FA/7FA/9FA/9FB/7E/6B 等）升級到 H 系列（7HA.01/9HA.01 等），雖說燃?xì)廨啓C的附件擴散器不是主要受壓元件，但是根據(jù) GE 設(shè)計使用壽命和高溫等技術(shù)要求，也必須制定嚴(yán)格的焊接

3、工藝保證其質(zhì)量。其中全球首制件 7HA.01 擴散器，產(chǎn)品總高 4726mm，桶身板厚度 8mm，材質(zhì)為 ASTM A240/A240M 347，外筒下法蘭直徑 4789mm，外筒上法蘭直徑為 3836mm；內(nèi)筒上法蘭直徑 1665mm，下法蘭直徑 887mm，產(chǎn)品示意圖如圖一所示。四 正文 1.母材焊接性分析347 不銹鋼板是按照美國 ASTM A240/A240M 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出來的不銹鋼的一個牌號。347 不銹鋼板 相當(dāng)于我國的 0Cr18Ni11Nb 不銹鋼板。347 屬于奧氏體不銹鋼的一種。奧氏體不銹鋼在焊接過程中 如果工藝制定不合理容易出現(xiàn)：1）.晶間腐蝕（包括刀狀腐蝕） 焊縫在 45

4、0850溫度區(qū)間停留，或在焊接熱循環(huán)下，加熱 至 450850的熱影響區(qū)內(nèi)，不銹鋼中的碳和鉻形成碳化鉻，使晶粒邊界處奧氏體局部貧鉻，喪失 耐腐蝕能力的現(xiàn)象（即沿晶粒邊界發(fā)生腐蝕）。晶間腐蝕的特點：外觀仍有金屬光澤，但困晶粒已失去聯(lián)系，敲擊時失去金屬聲音、 鋼質(zhì)變脆。一般認(rèn)為 650為晶間腐蝕敏感溫度，奧氏體鋼焊縫或熱影響區(qū)，只要在這個溫度停留 十幾秒到幾分鐘，就會產(chǎn)生晶間腐蝕。2）.熱裂紋 焊接不銹鋼時，焊縫和近縫區(qū)會產(chǎn)生裂紋，而且主要是熱裂紋、其原因為： 奧氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)小和線膨脹系數(shù)大，在焊接局部加熱和冷卻的條件下，焊接接頭在冷卻過程中可形成較大拉應(yīng)力。 奧氏體鋼焊縫易形成方向性強的

5、粒狀晶組織，促進(jìn)了有害雜質(zhì)偏析，易形成晶間液態(tài)夾層，增大熱裂傾向。3）.脆性相析出 奧氏體不銹鋼焊縫，在 650850停留時間過長時，也有可能象鐵素體不 銹鋼一樣，析出一種硬脆（HRC60）、無磁性的金屬間 化合物（主要成分是鐵和鉻及小量的鎳一相）。由于這種脆性相的析出割斷了晶間的聯(lián)系使該處 的塑性和韌性嚴(yán)重降低，而且抗晶問腐蝕性能也有所下降。2.不銹鋼 347 化學(xué)成分和力學(xué)性能347 不銹鋼板含 Nb 提高耐晶間腐蝕性，具有強度提高，塑性不降低，使材料的厚度減少，關(guān)鍵 是耐高溫，所以美國 GE 選用改材料為擴散器結(jié)構(gòu)部件 。3.焊接工藝制定a）焊接方法桶身板與法蘭或桶身板與龍骨的環(huán)縫焊接原

6、來一直使用傳統(tǒng)手工鎢極氬弧焊，最開始是開 單面 V 型坡口，不留間隙，正面焊完后背面清根，然后封底焊完，這種傳統(tǒng)的工藝雖然已經(jīng)很成熟， 也被許多公司所使用，但是背面清根不光造成車間空氣質(zhì)量下降，噪聲等污染外，還可能會清根清 偏掉，不利于焊接質(zhì)量的保證。當(dāng)然也可以加大裝配間隙使用單面焊雙面成型技術(shù)，但是對焊工操 作水平要求相對較高。因短期內(nèi)公司焊工焊接水平有限，后來又使用雙面氬弧焊焊接技術(shù)，就是兩 個焊工同時在兩側(cè)同步施焊，主焊工在正面填絲，背面輔助焊工根據(jù)實時觀察的熔池情況加或不加 焊絲，這項技術(shù)要求兩個焊工的配合默契度要求高。最后公司結(jié)合實際情況，在大量實驗的基礎(chǔ)上， 借鑒國外優(yōu)秀焊接經(jīng)驗的

7、前提下，經(jīng)綜合考慮決定使用新的高效焊接方法 K-TIG 焊接技術(shù)進(jìn)行焊接環(huán)縫。b）焊接材料 第一層：不用；第二層：AWS A5.9 -2012 ER347 1.2mm備注：第二層僅起美化焊縫的作用，尤其是焊后余高和咬邊等，也可以不用，具體需要看 材質(zhì)和板厚的情況，一般 8mm 以下可以不用焊第二層，直接焊接一層就可以了。ER347 焊接性分析ER347 是按照美國標(biāo)準(zhǔn) AWS A5.9-2012 生產(chǎn)出來的，其對應(yīng)的 UNS 號為 S34780，相當(dāng)于我 國的 H08Cr20Ni10Nb，ER347 的化學(xué)成分見表三，力學(xué)性能見表四ER347 是在 20Cr,10Ni 的基礎(chǔ)上增加穩(wěn)定元素鈮（

8、Nb）,鈮減少晶間碳化鉻的可能性，從而 降低晶間腐蝕的敏感性。雖然鈮是穩(wěn)定元素，但是金屬鉭（Ta）也存在，鉭與鈮在高溫方面起到幾 乎相同的作用，但是如果由于母材的稀釋產(chǎn)生低鐵素體或純奧氏體焊縫金屬，焊縫的裂紋敏感性會 明顯提高，所以焊接時需要特別注意。4.裝配工藝制定1）.零部件制作法蘭，龍骨，桶身板，先按圖紙下料（注意留余量），然后定位，焊接，按 GE 內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn) P8A-AG1 目視檢驗合格以后經(jīng)無損探傷合格后法蘭、龍骨及桶身板兩端按圖紙要求進(jìn)行機加工。需要注意的 是如果探傷不合格，需按照工藝返修，返修后還得經(jīng)再次探傷合格以后方能使用。2）.所有零部件準(zhǔn)備好以后，進(jìn)行組裝。a.先把外筒下法蘭

9、 F4 置于工裝平臺上，四周用 C 型夾固定，工裝示意圖如圖二和圖三所示b.裝外筒桶桶身板 P3，用手工鎢極氬弧焊進(jìn)行定位，然后裝配順序為龍骨、外筒桶身板 P2、 龍骨、桶身板 P1、外筒上法蘭 F1。需要特別注意環(huán)縫的錯變量和間隙一定要小于 1mmc.總裝后上滾輪架。如圖四所示3).用 K-TIG 焊接環(huán)焊縫。4).待焊縫冷卻后后，拆除工裝。5).經(jīng)檢驗合格以后流轉(zhuǎn)到下一道工序。5.焊接過程與質(zhì)量控制1）.焊前準(zhǔn)備：a.坡口清理 焊前焊縫兩側(cè) 20mm 范圍內(nèi)用丙酮，酒精等清理水分，油污，灰塵等雜質(zhì)。 b.K-TIG 焊前需要注意槍頭對中，操作者可以站在工作臺上先在滾輪架上轉(zhuǎn)一圈觀察。工作臺

10、如圖五所示 c.正式焊前需焊實驗塊，把焊接系統(tǒng)調(diào)整好以后才能轉(zhuǎn)入正常焊接。2）.焊接評定：因首次使用 K-TIG 這種新型焊接方法，做了大量試驗，表五為初期探索的部分實驗過程數(shù)據(jù)。焊后經(jīng)過按照 ASME BPVC IX 2013 實驗，后來總結(jié)為：K-TIG 焊接方法對板厚 10mm（材質(zhì)：347）的裝配間隙和錯變量要求最大不得大于 1mm，兩個公差可以累積。為了達(dá)到要求, a.斷切面機加工(當(dāng)然前期下料時，已經(jīng)留機加余量了) b.滾輪架必須是防竄動型的，防止突然竄動影響焊接質(zhì)量。4).K-TIG 與傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊相比a.K-TIG 焊接速度比傳統(tǒng)的手工鎢極氬弧焊焊接速度快，號稱世界上最

11、快的自動化焊接系統(tǒng)。 b.關(guān)鍵是節(jié)約了焊材，節(jié)約了加工坡口的時間，節(jié)約了背部清根的時間，節(jié)約了焊接時間（手工鎢 極氬弧焊多層多道）。下面表八以 10 英寸 SCH40 系列管子對接為例，比較這兩種焊接方法。c. K-TIG 焊的不足之處有一次性投入資金大，但從長遠(yuǎn)看，還是經(jīng)濟合算的； 對裝配精度要求較高； 不能像傳統(tǒng)手工鎢極氬弧焊一樣能焊接全位置，只能焊接平焊位置。5）.焊接質(zhì)量控制.焊前調(diào)試好焊接系統(tǒng)，中間盡量不要?；　?.焊接中密切注意槍頭對中情況，及時用遙控器微調(diào)。 .必須等焊縫冷卻后才能拆除工裝.焊接中可以采取冷卻措施（例如水冷、吹壓縮空氣等）措施、控制層間和焊后溫度，盡量減少在 450850的停留時間。.焊接電纜卡頭在工件上要卡緊，以免發(fā)生打弧或過燒現(xiàn)象； .焊縫交接處要錯開。6.焊后檢驗焊后需按照 GE 內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn) P29B-AL-0001 首先經(jīng) VT 檢查合格后，再經(jīng) ASME 第 V 卷 UT 檢查，如 果不合格，需要按照公司“質(zhì)量控制文件”返修或返工。五 結(jié)論K-TIG 這種新的焊接方法焊接 7HA