COREX銅冷卻壁波紋補償器焊接點漏氣的處理

彭銀加

（寶鋼集團八鋼公司煉鐵分公司）

1 前言

COREX高爐銅冷卻壁波紋補償器在進行氣密試驗中發現有部分焊接點漏氣。由于冷卻壁波紋補償器在現場施工焊接，焊接點周圍有三種材質（碳鋼、不銹鋼、銅），焊縫涉及到碳鋼與不銹鋼的焊接、不銹鋼與銅的焊接兩種，都屬于異種金屬焊接，焊接難度大，修復困難。

2 漏氣原因分析

焊點周圍三種材質布置示意圖如圖1所示。

2.1 漏氣點的狀況

漏氣點主要分布在碳鋼與不銹鋼、不銹鋼與銅焊接的焊縫上，漏氣點形狀是氣泡和裂紋，尤其在不銹鋼與銅焊接的焊縫上居多。

2.2 漏氣原因分析

2.2.1 碳鋼與不銹鋼焊接特點

圖1 焊點周圍三種材質布置

奧氏體不銹鋼管與碳鋼的焊接是異種材質的焊接，它在焊接過程中易發生許多問題，如焊縫的稀釋，出現熱裂紋等。由于焊縫金屬含有較高的合金元素，易產生某些低熔點共晶物，如硫、鎳形成的Ni3S2，其熔點為645℃又因兩種鋼材的線膨脹系數差別較大（奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數為16.6，碳鋼為11.76），焊接過程當中會產生較大的焊接應力，有產生裂紋的傾向，特別是弧坑裂紋。為此，要選用能使焊縫形成雙相組織的焊條和抗裂性能好的焊條。

2.2.2 不銹鋼與銅焊接的特點

不銹鋼及銅中含有合金元素（Ni，Si，V）和雜質（O，S，P），在焊接過程中易形成各種低熔點共晶體和脆性化合物，嚴重削弱了金屬高溫時的晶間結合力。由于銅導熱系數比不銹鋼大得多，需采用大功率熱源，因此熱影響區寬，使接頭承受較大應力，焊縫易產生熱裂紋，近縫區不銹鋼一側易產生滲透裂紋，其原因是由液態銅對鋼有滲透作用和拉應力造成的。在紫銅與不銹鋼焊接時，由于碳原子在高溫下的擴散能力比Cr原子強，使得在不銹鋼母材側的晶界析出Cr23C6沉淀，造成晶間貧Cr現象，產生晶間腐蝕和半熔化區的刀蝕，大大降低了焊接接頭的耐蝕性。另外，在焊縫與銅的母材一側，由于晶粒粗大熔池脫氧不足，低熔點共晶會在粗大柱狀晶端部的交界處析集，從而使焊縫的強度和塑性顯著降低。為了防止滲透裂紋，應采用較小的焊接線能量，選擇合適的填充材料，控制易產生低熔點共晶的元素和化合物（如S、P、Cu2O、FeS、FeP等），向焊縫中過渡Al、Si、Mn、Ti、V、Mo、Ni。

根據上述兩種異種金屬焊接特點，奧氏體不銹鋼管與碳鋼的焊接，不銹鋼與銅焊接易產生熱裂紋，所以焊接材料及焊接工藝的得當與否是焊接質量的關鍵。經現場對焊縫調查取樣，現場采用的碳鋼焊條焊接焊縫，不符合上述兩種異種金屬焊的要求，是發生漏氣的主要原因。

3 現場處理方法

3.1 對焊縫的重新焊接處理

由現場環境及條件的影響，選用合理的焊接材料及制定合理的焊接工藝是關鍵。首先用拋光機把原有焊縫進行清理及打破口，漏出焊接的母材，并放干凈管道中的存水，防止水對焊接的不良影響。拆除影響焊接作業的金屬軟管，選用手工鎢極氬弧氣體保護焊，采用氦氣保護，使焊縫的兩種材質增大輸入熱量，降低預熱溫度。

3.2 重新焊接處理后仍有漏氣的處理

現場焊縫重復的焊接不能全部解決冷卻壁波紋管焊縫漏氣的問題，剩余冷卻壁波紋管焊縫采用加裝套管的方式解決，如圖2所示。

圖2 采用加裝套管的方法

其實施方法為：制作碳鋼螺紋連接管和碳鋼焊接套管，用碳鋼螺紋連接管與銅冷卻壁銅管用螺紋連接，焊接套管直接與螺紋連接管連接（用焊接的方法如圖2中新增的焊縫）。其作用是由于碳鋼和不銹鋼焊縫漏點較少，且大部分都可以處理，但不銹鋼與銅管的焊縫處較難焊接處理，這樣處理可以避開不銹鋼與銅的焊接。

實施步驟：（1）加工好螺紋連接管及焊接套管。（2）連接螺紋連接管（連接的管螺紋必修可靠有效的連接）。（3）打壓試驗螺紋連接管連接處是否有泄漏。（4）確認可靠有效后再安裝焊接套管。（5）焊接套管的兩個焊縫，選擇手工鎢極氬弧焊焊接方法，焊條采用不銹鋼焊條，焊角高度保持在4～5mm。（6）整體打壓試驗。處理結束。

4 結束語

通過對COREX高爐銅冷卻壁波紋補償器焊縫點的漏氣原因分析，現場采取了兩種處理方法，漏氣問題得以解決。筆者認為在設計的過程中COREX高爐銅冷卻壁銅管上的套管不宜采用不銹鋼套管，可用碳鋼管代用，這樣可減少焊接的難度，也可以避免漏氣的產生。

[1]陳愛蓮.工程焊接技術與質量試驗檢測評定標準實用手冊.北京：北京電子出版物出版中心.2003年4月.