大型电厂烟囱钛-钢复合板内筒的焊接及工艺控制

上海电力建筑工程公司 上海 200031

1 钛-钢复合板的简介

钛-钢复合板是钛板与碳钢或其他普通钢通过一定方式结合的复合板，兼具钛板的耐腐蚀的优点和碳钢或其他钢种的优点，且在满足实际使用需求的同时降低了成本。目前在电力、石化等行业大量使用。

江苏某电厂烟囱钢内筒材料采用爆炸-轧制钛-钢复合板，厚度取：8 mm+1.2 mm、18 mm+1.2 mm、20 mm+1.2 mm及24 mm+1.2 mm。钛-钢复合板中钛材（复材）采用TA2牌号，厚1.2 mm；基材采用Q235B，厚 8 mm、18 mm、20 mm及24 mm等。钛-钢复合板总质量约800 t。

钛-钢复合板焊接采用手工钨极惰性气体保护焊（GTAW ） 。钛-钢复合板焊接时， 氩气的有效保护区域应覆盖钛贴条温度可能超过400 °C的局部或全部区域。即采用二氧化碳气体保护焊焊接基材钢板，采用单面焊双面成形的焊接方法；钛贴条（TA2）与钛复合板角焊缝搭接采用手工钨极氩弧焊。

2 钛-钢复合板焊接工艺[1-7]

2.1 工艺流程

下料→打坡口→焊件组对→焊接→焊缝目视检查→探伤

2.2 焊前的准备工作

2.2.1 工艺评定及焊工培训

施工前，应根据设计文件及《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205—2001）进行焊接工艺试验评定，根据评定工艺，编制焊接工艺，对焊工进行焊前培训、考试。

2.2.2 场地准备

钛板焊接时，钢板对接平焊焊接位置处，需做好防风措施，以防止外部风、砂对工件的污染。钛板焊接采用水冷却时，应做好进水管接道位，并做好排水工作，并保持相对湿度在90％以下。在焊接时应用临时围设做好隔离措施，焊接人员应穿戴整洁，戴好干净手套，严禁油污及铁器碰钛板。

2.2.3 材料验收

对原材料的检验——钛-钢复合板材料的复试：生产厂商对进场材料必须提供材料质保书、化学成分、力学性能和工艺性能以及超声探伤报告，并对外形尺寸、表面质量等进行检查，符合要求后才能发货。钛-钢复合板进入施工现场后由业主组织进行抽样复验，并委托专业检测单位进行检测。

焊材的化学成分和性能应与母材相当。选用的焊丝应有质量证明文件。焊丝应洁净、无氧化色，无裂纹、起皮等表面缺陷。其化学成分应符合《钛及钛合金丝》（GB/T 3623—2007）的有关规定。

氩气纯度应≥99.99％，含水量应≤50 mg/m3。氩气输送管不宜采用橡胶软管等吸湿性材料。

2.2.4 下料及坡口加工

钛-钢复合板及钛贴条的存放场地应保持清洁。

坡口切割时，其表面不得过热变色，当采用等离子弧方法切割时，应去除污染层。坡口质量应符合要求：表面平整，无裂纹、重皮、毛刺、凸凹、缩口、熔渣及氧化物。

坡口的形式和尺寸，应符合设计和焊接作业指导书的规定。

2.2.5 木材的焊前清理

清理工具应清洁。清除钛贴条及钛复合板两侧各25 mm区域内的油污，用不锈钢丝刷、铰刀等工具清除表面氧化膜、毛刺等。

2.3 焊接工艺及方法

2.3.1 基板焊接

基板Q235B焊前清理选用手提式角向磨光机或用钢丝刷对坡口内锈、污染物进行清理，其清洁范围离焊边至少15 mm，并在钢板对接焊起点及终点，点上引弧板和收弧板。

钢板对接焊接之前，首先进行钢板对接定位焊，通常定位焊缝不磨掉，仍保留在焊缝中，焊接过程中很难全部重熔，因此应保证定位焊缝的质量。既要熔合好，焊缝余高又不能太高，还不能有缺陷，所以定位焊必须按正式焊接那样进行。定位焊缝的长度和间距见图1。

图1 定位焊缝

基板V形坡口对接横焊焊接要点：焊枪角度与焊法，采用左向焊法，3 层6 道，按1～6顺序焊缝，焊道分布如图2所示。

图2 横焊焊道分布

打底焊调试好打底焊焊接参数后，要求保持焊枪角度，从右向左焊打底焊道。

焊接过程中要仔细观察熔池和熔孔，根据间隙调整焊接速度及焊枪摆幅，尽可能地维持熔孔直径不变，焊至左端收弧。

如果打底焊过程中电弧中断，应按下述步骤接头：将接头处焊道打磨成斜坡状，在打磨了的焊道最高处引弧，并开始小幅度锯齿形摆动，当接头区前端形成熔孔后，继续焊完打底焊道。使焊缝根部凸出0.5～1 mm。焊完打底焊道后先除净飞溅及打底焊道表面的熔渣，然后用角向磨光机将凸起的焊道磨平。

填充焊调试好填充焊焊接参数后，焊枪成0º～10º俯角，电弧以打底焊道的下缘为中心做横向摆动，保证下坡口熔合好。焊填充焊道3时，焊枪成0º～10º仰角，电弧以打底焊道上缘为中心，在焊道2和坡口上表面间摆动，保证熔合好。

横焊盖面焊调试好盖面焊接参数后，焊道焊枪对中心位置及角度按要求操作。

2.3.2 钛材焊接

钛贴条焊接前，钛复层清洁范围离焊边至少40 mm，钛板清洁度选用专用的清洁剂以不染色为合格。清洗完毕后严禁用手触摸。

T2钛贴条板焊接采用手工钨极氩弧焊，选用逆变电弧焊机（ws-7-315A），直流正接。先将钛贴条点焊固定，焊枪在每个焊点应保持延时通气时间30 s。一名焊工施焊，另配备人员开关氩气瓶、扶持保护罩，对焊缝及热影响区同步保护。

起弧时，提前送气，高频引弧；熄弧时，使用电流衰减和气体保护装置；熄弧后对焊缝及热影响区进行400 °C以上的保护，直至温度至400 °C以下。氩气应使填充焊丝的加热端始终保持在保护范围。熄弧后焊丝应在焊缝脱离保护时取出。

电弧应保持稳定。发生夹钨现象时应停止焊接，对缺陷进行处理后再行施焊。焊接第2层前，对前层焊缝及热影响区的色泽进行检查，对蓝色或灰色氧化物，应予清理。层间温度应≤200 °C。

焊接顺序遵循先焊基材、后焊复材，先焊纵缝、后焊环缝的原则。

2.3.3 焊缝检测及返修

（a）焊缝外观质量检验用肉眼对焊缝外形尺寸及表面进行检查：焊缝外型几何尺寸应符合设计图样要求。焊缝成形应均匀，致密、平滑地向母材过渡，不得有裂纹、未熔合及超过规定的咬边、气孔、夹渣、弧坑等缺陷。钛焊缝不允许有咬边；钢焊缝的咬边深度不得大于本身板厚的10％，且≤0.5 mm，咬边的连续长度≤100 mm，焊缝两侧咬边总长<焊缝长度的10％。钛焊缝表面的划伤≤0.5 mm。如划伤深度超标应予清除，清除后的焊缝表面不得低于母材表面。

（b）应对钛焊接区表面颜色进行检查：钛焊缝和热影响区表面的颜色应为银白色、金黄色或紫色；焊接区如在层间焊缝表面呈蓝或紫色，则必须随即清除，如果在焊缝表面，则由设计确定是否需要返修；焊接区呈灰色或白色且无金属光泽，必须按照缺陷处理工艺要求返修，见图3。

（c）钢焊缝探伤按照设计文件规定进行检查：焊缝等级纵缝为Ⅱ级，水平缝为Ⅰ级质量要求进行检验。钛复层焊缝，在外观检查合格的条件下，进行着色检验。

图3 焊缝表面颜色

（d）不合格焊缝的返修应采用机械加工工艺，用刮刀整修、脱脂后，重新焊接并重新检验。同一焊缝位置返修次数不得超过2 次。

3 钛钢复合板焊接的工艺控制要点

（a）先焊基层钢，在基层钢焊缝经质量检验合格后，再焊接钛复层。

（b）定位焊前检查坡口尺寸及装配质量。

（c）所有焊接应由持合格证焊工承担，并采用与正式焊接相同的焊接材料、工艺进行定位焊。定位焊后，再检查装配间隙、错边量及定位焊质量。

（d）校正变形，忌用铁器直接接触钛面。

（e）多层多道焊，应控制层间温度不大于150 °C。

（f）采用加大氩气保护罩的方法，避免钛板焊缝在高温时直接接触空气。

（g）钛材焊接时，不得在坡口外工件表面上打弧，应用引弧板和息弧板。

（h）如定位焊点开裂，造成板边错位或间隙变化，应立即停止焊接，修复后方可继续施焊。

（i）应严格按焊接工艺试验，评定合格的规范参数和要求进行焊接，尽量避免不必要的反复加热，确保钛板不氧化与基材不分层，不开裂。

（j）发生触钨时，应立即停止焊接，该部分焊缝应铲除。

（k）焊工必须穿戴清洁工作服、工作鞋及白手套。

（l）焊后应仔细清理焊件表面的焊渣、焊瘤、飞溅物以及其他污物，必要时对焊缝进行局部修整。

（m）做好焊接施工记录及无损检测。

4 结语

江苏某电厂2×600 MW机组烟囱工程的钛钢复合板内筒施工，工艺确定合理，控制措施严密，钢内筒焊接质量完全达到了规范要求。焊缝全部合格，为以后同类工程施工积累了经验，取得了良好的社会效益和经济效益。

● 通 讯 ●

第二十一届华东六省一市建筑施工技术交流会在南昌召开

（本刊讯）第二十一届华东六省一市建筑施工技术交流会于2014年11月12～14日在江西省南昌市召开，会议主题为“创新驱动•技术领先•建设秀美家园”。会议编印了本次与会者的主题论文集。

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（潘如莉）