電廠金屬材料脈沖焊接工藝應(yīng)用與實(shí)踐

劉昌河

（中電投電力工程有限公司，上海 200233）

0 引言

電力產(chǎn)業(yè)在結(jié)構(gòu)輕量化與功能設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往使用鋁合金等一系列輕質(zhì)材料替代常規(guī)鋼材。為了保證電廠金屬材料焊接質(zhì)量得到全面提升，運(yùn)用先進(jìn)的脈沖焊接工藝至關(guān)重要。因?yàn)椴煌姀S金屬材料物理特性存在較大差異，包括金屬連接位置連接界面很容易出現(xiàn)大量的脆硬金屬化合物，采用常規(guī)連接方法，連接接頭質(zhì)量較差，影響輕質(zhì)材料和電廠金屬連接件的正常應(yīng)用。鑒于此，研究脈沖焊接工藝在電廠金屬材料焊接中的應(yīng)用。

1 脈沖焊接工藝原理

脈沖焊接工藝，是將焊接的薄膜與塑料板壓在2 個(gè)不同的加熱元件之間，通入強(qiáng)電流，讓發(fā)熱體在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱能較強(qiáng)的脈沖，隨后對(duì)其進(jìn)行冷卻處理，焊接面在加熱與加壓的條件下有效熔合。為了進(jìn)一步提升脈沖焊接水平，采用先進(jìn)的脈沖焊接工藝特別重要，一般來(lái)講，脈沖焊接主要應(yīng)用在FPC，PCB，LED 顯示屏，包括排線與端子等產(chǎn)品焊接中。在熱壓機(jī)YLPC-1A中運(yùn)用脈沖加熱工藝，能保證焊接電流、溫度得到高效控制[1]。

2 脈沖焊接工藝的優(yōu)勢(shì)

2.1 輸出時(shí)間具有間歇性

與傳統(tǒng)的電廠金屬材料焊接工藝相比，脈沖焊接工藝的生產(chǎn)成本比較低，焊接效果較好，脈沖焊接工藝的能量輸出具有良好的間歇性，能防止電廠金屬材料產(chǎn)生引弧和收弧裂紋。將脈沖焊接工藝應(yīng)用到金屬材料焊接中，能減少接頭氣孔與裂紋等一系列焊接缺陷，有效提升脈沖焊接工藝的操作水平。

2.2 保護(hù)金屬材料焊接不發(fā)生氧化

一般來(lái)說(shuō)，脈沖焊接工藝主要利用惰性氣體作為保護(hù)氣體，惰性氣體對(duì)金屬材料起到良好的保護(hù)作用，防止金屬材料在焊接過(guò)程中發(fā)生氧化反應(yīng)。在實(shí)際焊接中，部分金屬材料的表面能直接發(fā)生氧化反應(yīng)[2]。

2.3 熱量能源密度比較高

因脈沖焊接工藝的熱源能量密度高，因此焊接速率快，焊接接頭的各項(xiàng)性能更佳。電廠金屬材料和電廠生產(chǎn)緊密相連，運(yùn)用合理的脈沖焊接工藝，能保證電廠金屬材料得到更好利用，對(duì)推動(dòng)電廠的發(fā)展有重要意義。

3 電廠金屬材料脈沖焊接工藝應(yīng)用與實(shí)踐

3.1 電廠金屬材料焊接特性分析

在電廠金屬材料中，低合金鋼占據(jù)非常重要的作用，特別是在火電廠鍋爐中，能保證鍋爐的承重能力得到更好提升。在管道中，低合金鋼的應(yīng)用效果也比較好，主要是因?yàn)榈秃辖痄摼C合性能較好，穩(wěn)定性較強(qiáng)。馬氏體鋼是電廠的核心材料，主要應(yīng)用于鍋爐管與管道。從電廠金屬鑄鐵角度分析，閥門的制作材料不僅可以是鋼材，也可以采用合金鋼閥件。

金屬材料和金屬工藝緊密相連，金屬材料可以呈現(xiàn)出不同的金屬形式，根據(jù)制造方法，可以將電廠銅金屬材料分為純銅材料與黃銅材料，可以利用銅材料制作管道。電廠不但有大量的金屬材料，還有很多非金屬材料，非金屬材料的用途比較簡(jiǎn)單，當(dāng)金屬管道出現(xiàn)磨損時(shí)，采用陶瓷等非金屬材料，能有效降低金屬材料管道出現(xiàn)大面積磨損的概率。

近年來(lái)，越來(lái)越多的學(xué)者加入到電廠金屬材料焊接研究中，通過(guò)長(zhǎng)期的跟蹤調(diào)查與研發(fā)得知，針對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況，妥善應(yīng)用脈沖焊接工藝十分重要，脈沖焊接是高溫金屬材料焊接的主要工藝。電廠鍋爐管道很容易出現(xiàn)高溫腐蝕，部分部件出現(xiàn)熱損壞，針對(duì)機(jī)組部分部件高溫?zé)釗p壞現(xiàn)象，要進(jìn)行合理的改進(jìn)[3]。由于電廠機(jī)組的部分部件需要在高溫高壓下運(yùn)行，運(yùn)行速率較大，部分部件要在腐蝕環(huán)境中運(yùn)行，對(duì)金屬材料的性能要求較高。

3.2 電廠金屬材料特性對(duì)脈沖焊接工藝的影響

現(xiàn)階段，電廠金屬材料的耐腐蝕性越來(lái)越好，耐腐蝕金屬材料逐漸替代傳統(tǒng)材料，各項(xiàng)金屬材料的性能得到更好體現(xiàn)，耐腐蝕金屬材料的出現(xiàn)，雖然能減小外界環(huán)境對(duì)部件的影響，但耐腐蝕材料與金屬材料的連接問(wèn)題越來(lái)越突出。為了保證耐腐蝕材料與電廠金屬材料焊接質(zhì)量得到全面提升，應(yīng)用脈沖焊接工藝十分關(guān)鍵，脈沖焊接工藝主要基于脈沖成形理論，將固體金屬準(zhǔn)確連接的技術(shù)，是電廠金屬材料焊接常用工藝之一。

通過(guò)合理應(yīng)用脈沖焊接工藝，能保證電廠金屬材料成形精度，運(yùn)用脈沖焊接工藝，能實(shí)現(xiàn)不同形式的焊接，如管道與板的焊接、板與板的焊接、管道與桿的焊接等，脈沖焊接工藝不但能應(yīng)用于金屬與金屬間的焊接，還可以應(yīng)用于金屬和非金屬間的連接[4]。如金屬和陶瓷的焊接、金屬和高密度聚酯材料的焊接、金屬和玻璃的焊接等。

脈沖焊接工藝操作流程比較簡(jiǎn)單，不采用多余的傳壓介質(zhì)，也不會(huì)影響各零部件外觀形態(tài)，在具體加工過(guò)程中，焊接人員通過(guò)加強(qiáng)參數(shù)控制力度，能保證各零部件精密連接。例如，某火力發(fā)電廠采用PS-3000 焊機(jī)實(shí)施脈沖等離子弧焊接工藝，將厚度3 mm 的不銹鋼與厚度4 mm 的鈦金試樣進(jìn)行焊接，脈沖焊接參數(shù)見(jiàn)表1。

在焊接過(guò)程中，焊接人員妥善控制焊接參數(shù)，保證零部件連接更緊密。由于電廠金屬材料性質(zhì)比較特殊，只有運(yùn)用脈沖焊接工藝，才能減少材料的浪費(fèi)。將脈沖焊接工藝應(yīng)用到電廠金屬材料焊接中，能保證能量輸出更準(zhǔn)確，提高焊接熔池的穩(wěn)定性。在焊接過(guò)程中，不同元素均勻分布在焊接熔池中，使金屬材料焊接接頭結(jié)構(gòu)更為致密，焊接接頭抗拉強(qiáng)度得以提升。

表1 3mm不銹鋼脈沖等離子弧焊接工藝參數(shù)

3.3 電廠金屬材料脈沖焊接工藝應(yīng)用要點(diǎn)

研究人員對(duì)電廠金屬材料脈沖焊接工藝的研究比較深入[6]，從國(guó)產(chǎn)化角度分析，要結(jié)合發(fā)電廠的運(yùn)行情況，加強(qiáng)電廠金屬材料焊接配套管理力度，保證不同機(jī)組能在安全環(huán)境中運(yùn)行，減少技術(shù)錯(cuò)誤的出現(xiàn)[5]。

電廠金屬材料脈沖焊接主要采取繼續(xù)式加熱方式，焊接時(shí)間較短，金屬材料處于高溫環(huán)境下，冷凝時(shí)間不斷縮短，有效防止金屬材料出現(xiàn)大面積裂紋。脈沖焊接工藝的引弧性能較好，焊接人員通過(guò)設(shè)定合理的焊接參數(shù)，能保證電廠金屬材料焊接質(zhì)量得到提升，減少熱輸入量，使用脈沖焊接工藝焊縫的綜合性能得到全面提升。

另外，電廠金屬材料的化學(xué)性質(zhì)比較特殊，對(duì)線圈的要求高，脈沖焊接時(shí)，焊接人員要結(jié)合電廠金屬材料的化學(xué)特性，選擇合理的線圈，滿足脈沖焊接要求，確定最終的焊接參數(shù)。例如，某大型火力發(fā)電廠運(yùn)用脈沖氬弧焊焊接工藝，能保證電廠金屬材料焊接質(zhì)量，減少金屬材料的損耗。與直流鎢極氬弧焊相比，脈沖氬弧焊具有以下特點(diǎn)：

（1）能夠保證金屬材料的焊縫深寬比更加合理。

（2）有效減少了燒穿現(xiàn)象的發(fā)生，在薄板焊接或者厚板打底焊的過(guò)程當(dāng)中，結(jié)合峰值電流的經(jīng)過(guò)時(shí)間，將焊件徹底焊透，并在熔池下降前，將峰值電流調(diào)整為基值電流，保證金屬得到更好凝固。

（3）熱影響區(qū)不斷減小，在焊接一些熱敏感材料的過(guò)程當(dāng)中，通過(guò)不斷減小脈沖電流的通過(guò)時(shí)間，能夠保證熱影響區(qū)域面積不斷縮小，從而減小焊接變形。

（4）熔池的攪拌效果不斷提升，當(dāng)平均電流值相同時(shí)，脈沖電流峰值流要大于恒定電流，故電弧力比較高，熔池的攪拌效果較好，能夠防止接頭底部出現(xiàn)氣孔或者不熔合現(xiàn)象。

（5）通過(guò)合理選擇焊接引弧和收弧過(guò)程，使用脈沖焊接技術(shù)控制電流參數(shù)，保證引弧和收弧過(guò)程不產(chǎn)生裂紋，提升焊縫引弧和收弧接頭質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

全面分析電廠金屬材料脈沖焊接工藝應(yīng)用與實(shí)踐，如電廠金屬材料焊接特性、電廠金屬材料特性對(duì)脈沖焊接工藝的影響等，提出電廠金屬材料脈沖焊接工藝應(yīng)用要點(diǎn)，保證電廠金屬材料得到更好利用，減少材料的損耗與浪費(fèi)。