考登鋼鰭片與ND鋼鋼管H型鰭片電阻焊的焊接工藝

劉健，劉文娟，王林樸，劉浩，吳迪

鞍山鍋爐廠有限公司 遼寧鞍山 114020

1 序言

在電力、冶金等工業(yè)領(lǐng)域，以煤為主要燃料的煙氣處理系統(tǒng)，如鍋爐中的省煤器，再熱器等，普遍會遇到燃料中含硫量偏高，形成硫酸而造成設(shè)備腐蝕問題。用普通碳素鋼制作的鍋爐部件，由于其耐硫酸腐蝕性能很差，使用壽命很短，因此，使用耐硫酸腐蝕鋼對提高鍋爐部件的使用壽命有著非常重要的意義。本文提到的考登鋼及ND鋼均有耐硫酸腐蝕的特點。因此，近些年這兩種鋼材在鍋爐部件中已得到了廣泛應(yīng)用，但這兩種材料的焊接性要比普通碳素鋼差很多。

近期我廠生產(chǎn)了考登鋼鰭片（09CuPCrNi-A、厚度3 m m）與N D鋼管子（0 9 C r C u S b、φ38mm×4mm）組焊的H型鰭片管低溫省煤器。由于鰭片厚度大，加之此材料的物理和力學(xué)性能相比碳素鋼的電阻焊焊接性差，很容易出現(xiàn)熔合率低、飛濺大、焊后抗拉強度低、焊后變形等諸多問題，而這些問題的產(chǎn)生又與鰭片齒型、焊接參數(shù)、設(shè)備能力及狀態(tài)、電控系統(tǒng)精準(zhǔn)度等多方面因素有關(guān)。本文針對我廠生產(chǎn)過程中鰭片齒形設(shè)計、焊接參數(shù)選擇、出現(xiàn)的問題及需要注意的事項進行了詳細(xì)闡述。

2 H型鰭片電阻焊影響因素

H型鰭片管分單管和雙管兩種形式，單管的H型鰭片管的兩個鰭片為矩形，其長邊約為光管外徑的2倍。雙管H型鰭片管是在單管基礎(chǔ)上將鰭片加長，對稱加設(shè)一個圓弧，這樣既提高了生產(chǎn)效率，也大大降低了生產(chǎn)成本，而且其結(jié)構(gòu)的剛性更好。我廠本次生產(chǎn)的是雙H型鰭片管。

2.1 材料因素

考登鋼又稱耐候鋼，是在鋼中加入少量的合金元素，如Cu、P、Cr、Ni等。使其在金屬基體表面形成致密的、黏附性好的保護膜，從而使鋼的腐蝕過程不能深入進行，具有較高的耐腐蝕性能。因此，考登鋼主要用于抵御含硫煙氣腐蝕，其化學(xué)成分、力學(xué)性能分別見表1、表2，熱物理性能見表3。

表1 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的常溫力學(xué)性能

表3 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的熱物理性能

ND鋼也就是09CrCuSb材質(zhì)的鋼，主要用于高含硫煙氣中工作的省煤器、再熱器，用于抵御含硫煙氣腐蝕，具有卓越的耐硫離子腐蝕能力，它良好的耐蝕性和各項物理化性能指標(biāo)以及加工性能完全能滿足設(shè)計、制造和使用要求。

2.2 電極銅板

考登鋼和ND鋼均屬Fe4類材料，從表3可以看出，兩種材質(zhì)的高溫、常溫強度都較高，焊接區(qū)的變形抗力大，焊接中產(chǎn)生必要塑性變形所需要的電極壓強就高，因此，電極銅板應(yīng)具有較高的高溫強度。我廠選用的是鉻鋯銅電極，鉻鋯銅有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及軟化溫度高等優(yōu)點，焊接時電極損耗少，焊接速度快，焊接總成本低，且硬度適中。另外，電極銅板加工精度、表面平整度要求非常高，必須保證銅板與鰭片接觸面完全貼合，防止虛接。且電極銅板需要適時更換，尤其是使用在焊接電流較大的工件中，以保證焊接質(zhì)量。

2.3 設(shè)備能力及狀態(tài)

我廠采用的是中電華強股份有限公司的H型鰭片焊焊機，它將加壓通電局限在鰭片與管子多點接觸的圓弧面上，依靠鰭片-管子-鰭片間的電阻熱形成熔核，然后頂壓成角接連接的鰭片管。設(shè)備由鰭片管焊接主機、前料架、后料架、焊接變壓器及其控制系統(tǒng)、整機控制系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)等部分組成。由于我廠設(shè)備有所老化，因此，焊接能力相對較差，這就要求齒型設(shè)計，焊接參數(shù)等因素都達到最佳狀態(tài)。

2.4 H型鰭片齒型設(shè)計

綜合材料焊接性、設(shè)備能力、鰭片厚度等因素，如果齒型與碳素鋼相似，需要的焊接參數(shù)會很大，容易導(dǎo)致飛濺及焊穿等缺陷產(chǎn)生，因此，本次鰭片設(shè)計的齒型如圖1所示，均布11個齒，弧中85°范圍內(nèi)開齒，豁口角度90°。經(jīng)過驗證，此種齒型既能保證焊后鰭片與管子接觸良好，不影響傳熱效果，又可適當(dāng)減小焊接參數(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少更換電極頻次，節(jié)省成本，提高效率。

圖1 鰭片齒型

3 焊接參數(shù)

焊接過程中通電焊接必須是在電極壓力達到滿值且穩(wěn)定后進行的，否則可能因壓力過低，接觸電阻太大而引起強烈飛濺，或因壓力前后不一致，影響加熱，造成熔核強度的波動，電極提起也必須在電流全部切斷之后，否則電極與工件之間會引起火花，甚至燒穿工件。經(jīng)過反復(fù)試驗，得出表4所示焊接參數(shù)，此套參數(shù)可保證鰭片管焊接質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)中各項要求。力學(xué)性能試驗記錄見表5。

4 常見問題及解決措施

（1）鰭片上下傾斜（俗稱大小口，見圖2）可在圖3所示位置墊鐵片來調(diào)節(jié)，鐵片要墊在大口側(cè)，鐵片厚度約等于大口與小口尺寸差值。

（2）錯齒（見圖4） 調(diào)節(jié)圖5所示螺栓，使機頭整體前后移動，直至調(diào)正。

（3）鰭片左右傾斜（俗稱八字口，見圖6）電極銅板中的電極B磨損嚴(yán)重，需要更換。

（4）側(cè)彎（見圖7） 上下弧面導(dǎo)電不一致，熱輸入不均，導(dǎo)致彎曲，可利用反變形法防止彎曲，將滾輪向上調(diào)節(jié)，如仍然彎曲則應(yīng)檢查電器線路，查找導(dǎo)電不均的原因。

（5）外框（寬窄）超差 可通過調(diào)節(jié)參數(shù)中的焊接時間，焊接時間加大，寬度相應(yīng)減小，焊接時間減小，寬度相應(yīng)增加。也可通過調(diào)節(jié)圖9所示位置，可左右調(diào)節(jié)松緊，也可調(diào)節(jié)氣壓。

表4 焊接參數(shù)

表5 力學(xué)性能試驗記錄

圖2 鰭片上下傾斜

圖3 墊鐵片

圖4 錯齒

圖5 調(diào)節(jié)螺栓

圖6 鰭片左右傾斜

圖7 側(cè)彎

（6）飛濺大 可調(diào)整焊接電流，也可調(diào)節(jié)電極壓力。

（7）焊穿、拉力低 需綜合調(diào)節(jié)各項焊接參數(shù)。外觀有燒紅現(xiàn)象及小圓點，需更換電極銅板。

5 結(jié)束語

通過以上試驗及后續(xù)生產(chǎn)實際證明在現(xiàn)有設(shè)備能力水平下，實際生產(chǎn)中嚴(yán)格按照此工藝執(zhí)行，合格率達到100%，未出現(xiàn)任何缺陷。說明這種焊接工藝及齒型是正確可行的，對以后焊接此種或相近材質(zhì)的H型鰭片有著重要的指導(dǎo)作用。