电厂金属材料脉冲焊接工艺应用与实践--中国期刊网

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电厂金属材料脉冲焊接工艺应用与实践

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：张焕

[导读] 摘要：电力产业在结构轻量化与功能设计过程中，往往使用铝合金等一系列轻质材料替代常规钢材。

        （宁夏电投西夏热电有限公司宁夏银川 750021）
        摘要：电力产业在结构轻量化与功能设计过程中，往往使用铝合金等一系列轻质材料替代常规钢材。为了保证电厂金属材料焊接质量得到全面提升，运用先进的脉冲焊接工艺至关重要。因为不同电厂金属材料物理特性存在较大差异，包括金属连接位置连接界面很容易出现大量的脆硬金属化合物，采用常规连接方法，连接接头质量较差，影响轻质材料和电厂金属连接件的正常应用。鉴于此，研究脉冲焊接工艺在电厂金属材料焊接中的应用。
        关键词：电厂金属材料；脉冲焊接；应用；实践
        1金属焊接及分类
        焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子或分子间结合力而连接成一体的连接方法。广义来讲，焊接是指把两种材料连接起来的一种方法，包括各种同类或不同类的金属、非金属。但狭义来讲，焊接通常是指金属间的焊接。焊接在现代工业中具有重要的应用价值，可广泛应用于汽车、轮船、宇宙飞船、管道、家用电器、钢结构等生产和制造。焊接种类繁多，根据焊接过程中焊接区域材料的状态，焊接被分为三类。焊接方法中适合异种材料金属板件焊接的方法主要有搅拌摩擦焊、激光焊、爆炸焊和电磁脉冲焊等，各方法存在以下特征：（1）对于搅拌摩擦焊来说，其能够采用该焊接工艺的工件较厚（0.4mm到180mm），一般应大于4mm，否则焊接完成后的焊接残余应力会引发失稳翘曲变形。搅拌摩擦焊的加工速度较慢，适合大型工件的板件对焊。（2）激光焊具有效率高、焊缝深宽比大、热影响区小和焊接变形小的优点。激光焊接过程中可以采用激光单一焊接也可以采用激光与熔化焊结合的方式以提高焊接效率。激光焊接可以进行局部焊接也可以进行长焊缝焊接，由于受限于激光的能量，焊接效率总体较低。（3）爆炸焊是高速焊接的方法，由于爆炸焊能够持续提供巨大能量，一般用于异种金属板件的复合焊接。但爆炸焊能量来自于炸药，焊接过程可控度较差。（4）电磁脉冲焊接作为一种新型焊接方法，焊接速度快，可控性好，被逐渐应用到多种异种金属板件焊接，具有较大的应用潜力。
        2电厂金属焊接内容以及参数
        电厂金属焊接方面的内容包括很多方面，通过比较和分析焊接材料、焊接接头、焊接应力、变形状态以及设备仪器，来把握和分析不同金属材料的焊接规律以及原则，以保证电厂设备的焊接质量，可以通过不同的焊接方法和工艺手段得到与电厂的实际状况相协调的金属焊接工艺，满足电厂运行的实际要求。电厂的金属焊接性就是设备的焊接工艺，工艺的合理执行以焊接接头的焊接性能以及金属材料对焊接加工的适应程度为基础和前提。焊接参数包括：金属的结合性以及接头焊接的难易程度。
        3电厂金属材料脉冲焊接工艺应用与实践
        由于脉冲焊接的热源能量密度非常的高，所以焊接的速度也比较快，焊接接头具有比较高的性能。国内外的工作者们在脉冲焊接的领域进行了大量的研究，通过大量的试验，推进了电厂金属材料脉冲焊接的工艺进步。电厂金属材料与火力发电厂生产有着密切的联系，因此电厂金属材料脉冲焊接工艺对于火力发电厂来说有着重大的意义。
        3.1脉冲焊接原理及分类
        脉冲焊接的原理与爆炸焊类似，被焊接材料在强大的电磁脉冲力作用下，以较高的速度相互撞击，然后发生原子间的相互扩散实现冶金结合，最终完成工件的连接。只是脉冲焊接过程中，驱动工件运动的能量为电磁能。当电容器组对线圈放电时，巨大的瞬时电流流过线圈，线圈会在工件附件产生急剧变化的磁场，同时变化的磁场会在工件中产生涡流，涡流会在线圈所产生的磁场中形成巨大的洛伦兹力，洛伦兹力在极短的时间内把工件加速到几百米的速度，完成焊接过程。由于脉冲焊接的能量来自于电容器组，所以调节电容器组的电压和电容值就可以很好调控释放的能量，可控性较好。鉴于以上诸多优点，脉冲焊从20世纪50年代开始被研究和应用于工业实践。经过几十年的发展，已经形成多种脉冲焊接方法并取得了较好的实践效果。基于脉冲技术的高速碰撞焊效率较高，焊接整体温度较低，几乎没有热影响区，同时无污染，有利于实现自动化。该方法非常适合铝及其合金的焊接。脉冲焊接技术现在主要应用于异种材料的管件焊接，主要原因是管件特有的环形状有利于保证焊接质量。同时环形状的结构也有利于线圈和工装结构的设计制作，工件的环形状还有利于涡流的形成。脉冲技术在管件中的焊接研究比较充分，也有较广泛的工业应用。
        3.2电厂金属材料特性对脉冲焊接工艺的影响
        为了保证耐腐蚀材料与电厂金属材料焊接质量得到全面提升，应用脉冲焊接工艺十分关键，脉冲焊接工艺主要基于脉冲成形理论，将固体金属准确连接的技术，是电厂金属材料焊接常用工艺之一。通过合理应用脉冲焊接工艺，能保证电厂金属材料成形精度，运用脉冲焊接工艺，能实现不同形式的焊接，如管道与板的焊接、板与板的焊接、管道与杆的焊接等，脉冲焊接工艺不但能应用于金属与金属间的焊接，还可以应用于金属和非金属间的连接。如金属和陶瓷的焊接、金属和高密度聚酯材料的焊接、金属和玻璃的焊接等。脉冲焊接工艺操作流程比较简单，不采用多余的传压介质，也不会影响各零部件外观形态，在具体加工过程中，焊接人员通过加强参数控制力度，能保证各零部件精密连接。例如，某火力发电厂采用PS-3000焊机实施脉冲等离子弧焊接工艺，将厚度3mm的不锈钢与厚度4mm的钛金试样进行焊接，脉冲焊接参数见表1。在焊接过程中，焊接人员妥善控制焊接参数，保证零部件连接更紧密。由于电厂金属材料性质比较特殊，只有运用脉冲焊接工艺，才能减少材料的浪费。将脉冲焊接工艺应用到电厂金属材料焊接中，能保证能量输出更准确，提高焊接熔池的稳定性。在焊接过程中，不同元素均匀分布在焊接熔池中，使金属材料焊接接头结构更为致密，焊接接头抗拉强度得以提升。

        3.3电厂金属材料脉冲焊接工艺应用要点
        我国对电厂金属材料脉冲工艺的研究已经有一段时间，基于我国在国产化方面，要研制符合我国国情，并且知识产权是属于我国的金属材料，做好焊接的配套工作，保证机组可以在安全稳定的环境中运行，协调统一每一步的工作，尽可能的避免因为技术的错误而导致的经济损失以及路线错误。对于电厂金属材料的制造检验以及焊接工作，特别是新技术和新材料的使用，我们都要保持长期的跟踪和发展。脉冲焊接在焊接过程中采用的是断续式加热，在时间方面可以使熔池金属在高温环境中停留的时间短，金属材料的冷凝时间减少，这样可以避免电厂金属材料产生裂纹的倾向。脉冲焊接因为其良好的引狐性能和焊接参数所以对电厂金属材料的适应性、维持最小热输入量、抗腐蚀性能等方面都具有良好的作用。像电厂材料这种特定材质和形状的焊接工件，对于线圈的要求就很高，这样才能满足脉冲焊接对于高频大电流的需求。以爆炸焊的条件作为参考，通过分析和计算选择规划出合理的系统参数范围。
        4结束语
        现阶段，电厂金属材料中普通的材料已经开始逐渐被性能更好的材料所替代，而电厂金属脉冲焊接工艺必将广泛应用。脉冲焊接的引狐过程熔滴过渡平均，焊缝的形成也非常好，并没有明显的凹陷、焊缝的外观还是比较美观的。对于电厂金属材料脉冲焊接的工艺实践，并且将焊接优化后的参数固化，满足电厂金属材料焊接工作的多种要求，对于提高电厂脉冲焊接的质量和效率、减少生产周期、降低一部分的成本都具有非常重要的意义。
        参考文献
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