CMT技术在锅炉膜式水冷壁中的应用

CMT 技术在锅炉膜式水冷壁中的应用

刘明旭

山东密友机械 有限公司

摘 要 在水冷壁耐高温烟气的一面堆焊耐蚀金属，可以大大提高水冷壁的使用寿命。水冷壁在堆焊耐蚀金属时，要考虑变形量、堆焊层的稀释率、耐蚀层厚度、耐蚀金属主要的合金元素含量等等，传统的焊接方法很难保证。CMT（冷金属过渡技术）是一种全新的MIG/MAG焊接工艺。其热输入量比普通的MIG/MAG焊要低，非常适合耐蚀层的焊接。本文简单介绍了CMT的焊接技术，并对CMT在水冷壁上面的堆焊技术进行了阐述^[1]。

关键词 CMT ; 堆焊

0 引言

CMT（冷金属过渡技术）是在短路过渡的基础上开发的，是一种具有低热输入量、几乎无飞溅过渡、冷热循环交替的特点，近年来在锅炉膜式水冷壁管屏的堆焊上面得到了广泛应用。CMT堆焊时，稀释率低、变形量小、耐蚀金属主要的合金元素含量高、效率高，非常适合锅炉膜式水冷壁管屏的堆焊。我公司承接的哈尔滨锅炉厂的膜式壁管屏，要求在膜式壁管屏上面堆焊Inconel625镍基合金。堆焊层的厚度为2mm，堆焊层稀释率＜5%，堆焊层镍含量≥62.5%。由于堆焊层稀释率要求＜5%传统的堆焊方法很难保证，我公司采用福尼斯公司生产的CMT焊机，改变了传统的堆焊工艺，建立了堆焊生产线，从而保证了产品质量^[1]。

1. CMT焊接工艺特点

1. 1. CMT与传统的MIG/MAG焊相比有三个显著的特点：送丝运动与熔滴过渡过程进行数字化协调；低热输入量，CMT技术实现了无电流状态下的熔滴过渡；无飞溅过渡，在短路状态下焊丝的回抽动作帮助焊丝与熔滴分离。

   2. CMT焊较普通MIG/MAG焊的优势：引弧可靠迅捷，引弧的速度是迄今为止的两倍，在非常短的时间内即可熔化母材；CMT焊弧长控制更精确，电弧更稳定，普通MIG/MAG焊在焊接过程中，焊丝干伸长改变时，焊接电流会增加或减少。而CMT焊丝干伸长改变时，仅仅改变送丝速度，不会导致焊接电流的变化，从而实现一致的熔深，加上弧长高度的稳定性，就能达到非常均匀一致的焊缝外观成形；CMT焊弧长控制更精确，电弧更稳定，CMT的电弧长度控制是机械式的，它采用闭环控制并监测焊丝回抽长度，即电弧长度；良好的搭桥能力, 装配间隙要求降低。

2. 膜式壁的堆焊要求

2.1 堆焊层的厚度为2mm，厚度要均匀，堆焊层的稀释率为＜5%，堆焊Inconel625镍基合金，堆焊层镍含量≥62.5%。技术难点在于稀释率为＜5%，传统的熔化焊很难满足；管屏为曲面，不如平焊堆焊成形好；管屏面积大，工期时间短。

3. 要解决的问题

3.1 堆焊层焊接缺陷问题

3.1.1 焊接裂纹问题

镍基合金Inconel625在焊接时具有较高的热裂纹敏感性，其中以结晶裂纹和高温失塑裂纹较为常见，结晶裂纹多半沿焊缝中心纵向开裂。高温失塑裂纹可能出现在热影响区中，也可能出现在焊缝中。热裂纹发生在高温状态，常温下不在扩展。热裂纹产生的原因为Ni和S的相互作用，形成低熔点共晶体，使焊缝在高温状态下开裂，同时，焊接热输入对热裂纹也有一定的影响，热输入大，晶粒长大，而使组织发生相变，降低材料的机械性能，过高的热输入，还可能使金相组织产生偏析，碳化物沉淀并析出，从而引起热裂纹。我公司采购的镍基Inconel625焊材为日本进口焊材，严格限制了焊材中S和P 的含量，此外，在膜式壁堆焊时，严格规定了焊接工艺参数并且在单管堆焊和管屏堆焊中充流动水冷却，不会发生过热现象，从原材料和焊接工艺两方面，解决了裂纹问题。

3.1.2 凹坑和外观几何形状不连续

膜式壁管屏结构为多根管子和扁钢组成的整体，由于管子是曲面，管屏堆焊时，需要不断的调整焊枪角度，以适应曲面的焊接位置要求，传统的手工和半自动焊机无法适应曲面焊接的要求，从而会产生凹坑和外观几何形状不连续问题，影响堆焊层质量。我公司采用的是福尼斯公司生产的CMT焊机，由于焊机自身的数字化协调系统以及无电流状态下的熔滴过渡的特性，从根本上保证了焊接的灵敏性和曲面的协调性，堆焊的焊缝基本不会产生凹坑和外观几何形状不连续现象。

3.2 堆焊变形问题

管屏在堆焊过程中，由于焊件受热不均匀，不可避免的产生焊后变形问题。变形主要为管屏纵向的弯曲变形，管屏两端的弯曲变形最为严重，12米长的管屏，严重时变形量达到40cm（管屏两端到水平面的垂直距离），严重影响焊接质量。我公司采用焊接时在管屏中充流动水，以冷却焊接时管屏整体的温度，在管屏的两端采用工装固定，减小焊接时管屏变形量。管屏堆焊完成后，将有少许变形（变形量在10cm—12cm）的管屏放到油压机上校形，通过以上方法保证了管屏的加工尺寸。

4 CMT单管堆焊产线的建立

4.1 我公司承接的哈尔滨锅炉厂的膜式壁单管长度为8米，管子规格为φ60×5，材质为20，管子标准为GB/T5310-2017为高压锅炉用无缝钢管。

产线为12米长的自动化设备，由紧固旋转装置、管子托架、焊接设备、排气水冷装置组成。焊接流程为：将需要堆焊的管子除锈后，放置到托架上面，夹紧装置将管子夹紧，焊枪与工件配合，开始焊接，排气水冷装置开始通气通水，水汽混合后，空压机的压力为0.4MPa—0.6MPa。

5 CMT管屏堆焊产线的建立

5.1 我公司承接的哈尔滨锅炉厂的膜式壁管屏高度为8米，宽度为1米，由10根φ60×5的管子和11根30mm宽度的扁钢组焊成的管屏。产线为12米高的自动升降自动化设备，最大可同时堆焊由16根管子组成的管屏，由管屏固定架、升降架、CMT焊接设备三部分组成。焊接流程为：将需要堆焊的管屏喷砂后，放置到管屏固定架上面，将管屏的两端用方管固定锁紧，沿管屏长度方向，在管屏两侧，每隔一米焊接一块长度300mm的固定板，防止管屏因堆焊时变形量过大，固定板一端与管屏相焊，另一端用螺栓与固定架固定。管屏的两头用金属软管连接，两端的最后一根管子连接水管，一端进水，一端出水。

6 堆焊层的检验^[2]

6.1 堆焊层厚度检测:用超声波测厚仪检测堆焊层的厚度为2.0mm—2.2mm。

6.2 堆焊层外观质量检查，镍基合金焊后表面颜色都是银白色。

6.3 堆焊层镍含量检查，堆焊后用光谱仪对堆焊层进行检测，镍含量在62.5%—63%之间。

6.4 堆焊层渗透检测，符合NB/T47013.5-2015的I及合格的要求。

6.5 堆焊层硬度检测，堆焊层（HV10）：219,230,234

7 结束语

我公司结合堆焊层的要求和管屏的结构特点，开发了CMT堆焊技术，建立了CMT生产线，成功的将CMT堆焊技术应用到锅炉膜式管屏上面，保证了产品的焊接质量要求，满足了焊缝预期的服役要求，顺利完成了哈尔滨锅炉厂膜式管屏项目的堆焊工作，也为我公司在CMT堆焊方面积累了宝贵的经验。

参 考 文 献

[1] 杨修荣. 超薄板的MIG/MAG焊-CMT冷金属过渡技术[J].电焊机，2006，（6）：5-7.

[2] 于建平. CMT焊接在堆焊（包覆）镍基耐蚀合金层中的应用[J].石油化工设备技术，2013，34（5）.49.

作者简介：刘明旭（1985-），工程师，从事特种设备焊接工作，yp851206@126.com。

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