张瑞
大唐万宁天然气发电有限责任公司 海南省 571500
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
电厂金属材料的连接方式一直都是使用落后的焊接工艺, 传统的焊接工艺有很多的弊端, 例如热源的发散、合金较强的导热性能、接头性能差以及热膨胀性较高, 这些缺点都会使生产的成本加大, 并且生产质量也会降低。脉冲焊接能量在输出时有一定的间歇性, 可以有效的抑制气孔的生成以及裂纹的生成。因此脉冲焊接工艺对于焊接过程中产生的接头气孔和裂纹等焊接缺陷的掌控更加合理[1], 这就使得脉冲焊接工艺更加优秀。脉冲焊接一般使用惰性气体作为保护气体, 这些用作保护的气体还可以使电子金属材料在焊接时不容易氧化。有些材料如果表面可以被氧化, 则可以不需要保护气体。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。
1 电厂金属材料的焊接特性
近年, 我国学者都在对电厂金属材料在焊接方面进行深入的讨论, 长时间的跟踪调查新技术和新材料的研发与应用。对于火力发电机组发展的关键就是高温金属材料的脉冲焊接技术, 同时脉冲焊接技术也是重要步骤。在电厂中, 锅炉管高温腐蚀、部件热损失以及受热面管过热等问题都是通过实际测验去改良的。对于电机组有的部件在高温以及高压下进行, 有的需要在高速旋转下工作, 有的更是需要在有腐蚀的环境进行, 所以因为这些条件的苛刻, 电厂大多数对于所用的金属材料有相应的标准。基于电厂金属材料的特点, 我们不难发现传统的焊接无法满足电厂在实际操作中的苛刻要求, 但改用脉冲焊接就满足了电厂的大部分要求。
2 脉冲焊接工艺的优势
2.1 输出时间具有间歇性
与传统的电厂金属材料焊接工艺相比, 脉冲焊接工艺的生产成本比较低, 焊接效果较好, 脉冲焊接工艺的能量输出具有良好的间歇性, 能防止电厂金属材料产生引弧和收弧裂纹。将脉冲焊接工艺应用到金属材料焊接中, 能减少接头气孔与裂纹等一系列焊接缺陷, 有效提升脉冲焊接工艺的操作水平。
2.2 保护金属材料焊接不发生氧化
一般来说, 脉冲焊接工艺主要利用惰性气体作为保护气体, 惰性气体对金属材料起到良好的保护作用, 防止金属材料在焊接过程中发生氧化反应。在实际焊接中, 部分金属材料的表面能直接发生氧化反应[2]。
2.3 热量能源密度比较高
因脉冲焊接工艺的热源能量密度高, 因此焊接速率快, 焊接接头的各项性能更佳。电厂金属材料和电厂生产紧密相连, 运用合理的脉冲焊接工艺, 能保证电厂金属材料得到更好利用, 对推动电厂的发展有重要意义。
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
全面分析电厂金属材料脉冲焊接工艺应用与实践, 如电厂金属材料焊接特性、电厂金属材料特性对脉冲焊接工艺的影响等, 提出电厂金属材料脉冲焊接工艺应用要点, 保证电厂金属材料得到更好利用, 减少材料的损耗与浪费。
参考文献
[1]陈树君, 阚纯磊, 袁涛, 等.磁脉冲焊接集磁器开口对焊接接头的影响机理[J].天津大学学报 (自然科学与工程技术版) , 2018, 51 (12) :1223-1229.
[2]李光耀, 陈侣侣, 耿辉辉, 等.5182Al/HC340LA异种金属件磁脉冲焊接数值模拟与试验验证[J].塑性工程学报, 2018, 25 (3) :155-162.