承壓、石化、核電等大型設(shè)備內(nèi)壁，以及水力發(fā)電機(jī)組葉片、礦山和工程機(jī)械等處，易遭受腐蝕或磨損，故需堆焊耐蝕層或耐磨層。埋弧帶極堆焊和帶極電渣焊都具有熔敷率高和稀釋率低特點(diǎn)，適合于平面或曲面堆焊，比如換熱器管板和壓力容器。埋弧焊（SAW）應(yīng)用極為頻繁，但在高效生產(chǎn)和對(duì)稀釋率有限制要求的情況下，通常建議采用電渣堆焊（ESW）。

埋弧帶極堆焊

自1960中期之后，SAW帶極堆焊開(kāi)始大范圍使用，焊帶寬度有60×0.5mm和90×0.5mm。采用直流正接，在焊劑層下工件和焊帶之間形成電弧。熔池上的焊劑可以保護(hù)焊接熔池并使焊縫表面成形良好。

帶極電渣堆焊

電渣堆焊ESW是在帶極埋弧堆焊基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，具有較高的可靠的熔敷效率。電渣堆焊和焊接過(guò)程中的電阻相關(guān)，它利用導(dǎo)電熔渣的電阻熱熔化堆焊材料。電渣槽中產(chǎn)生的熱量熔化伸進(jìn)電渣槽內(nèi)的基體金屬和焊帶。

與埋弧帶極堆焊相比，熔融的電渣良好的熱導(dǎo)率避免了電弧飛濺。焊劑的成分對(duì)導(dǎo)熱率，固化和粘性等有影響。為了提高大電流下的熔敷層厚度，焊劑堿度和氟化物含量通常很高，使其具有較高的導(dǎo)電性和低的粘性。

電渣槽的溫度大約是2300℃，形成了薄層的導(dǎo)電液態(tài)熔渣，并能熱輻射。大量的熱量積累，采用水冷夾鉗是非常有必要的。由于電流很大，所以ESW焊接機(jī)頭比帶極埋弧堆焊機(jī)頭重很多。

ESW特征

與帶極埋弧堆焊相比，ESW具有如下特點(diǎn)：

◆熔敷率提高了60%～80%

◆只有一半稀釋到母材中，這是由于熔深很淺（大約10%～15%的稀釋率）

◆焊接電壓低（24～26V）

◆電流和電流密度大（60mm寬焊帶通過(guò)電流為1000～1250A，相應(yīng)電流密度為33～42A/mm2），尤其是高速焊劑允許焊接電流超過(guò)2000A，相應(yīng)電流密度為70A/mm2

◆提高了焊接速度（50%～200%），使覆蓋面積提高

◆熱輸入量相當(dāng)

◆焊劑燒損低（大約0.4～0.5kg/kg）

◆ESW焊焊縫金屬的固化速率很低，有利于氣孔逸出，減少了氣孔缺陷。氧氣能夠從熔融的電渣池中逸出到表面；堆焊層金屬表面相當(dāng)干凈，從冶金學(xué)角度看，減少了熱裂和晶間腐蝕傾向。

工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用中，產(chǎn)品焊縫表面相對(duì)基體金屬來(lái)說(shuō)，較高的熔敷率和低的稀釋率是非常重要的。帶極埋弧堆焊已經(jīng)廣泛應(yīng)用于表面大面積堆焊多年。然而，電渣堆焊技術(shù)正在焊接行業(yè)占主導(dǎo)地位。下面是意大利北部?jī)纱蠊SSices and Ansaldo-Camozzi應(yīng)用帶極堆焊的實(shí)際情況。

SICES采用ESAB OK新型焊齊進(jìn)行電渣堆焊

圖1 煉油廠脫硫反應(yīng)器—Sices制造工廠

SICES S.p.A是SICES集團(tuán)下屬一家集生產(chǎn)、制造、設(shè)計(jì)石油化工、能源工業(yè)領(lǐng)域壓力容器、反應(yīng)器、塔器、換熱器及預(yù)制管的公司，位于Lonate Ceppino。擁有ISO9001-2000，EN729.1及ASME R、S、U、U2等鋼印。

SICES集團(tuán)下屬M(fèi)ontaggi S.p.A，S.p.A及Pensotti Idrotermici Srl公司主要專(zhuān)著于本地設(shè)備裝配、安裝、試車(chē)及維護(hù)，同時(shí)還從事工業(yè)鍋爐的設(shè)計(jì)、制造，如換熱器、氣化爐等。

ESAB針對(duì)SICES S.p.A公司電渣堆焊要求研制了新型高效焊劑。ESAB OK Flux 10.14焊劑專(zhuān)為Cr，Cr-Ni，Cr-Ni-Mo奧氏體型焊帶設(shè)計(jì)的，當(dāng)采用能量集中的電弧焊接時(shí)，具有很高的熔敷率（60×0.5mm焊帶可達(dá)到450mm/min）。通常使用的60×0.5mm焊帶，焊接電流上限可達(dá)到2300A。

SICES S.p.A質(zhì)量經(jīng)理對(duì)這種高效新型焊劑留下了深刻的印象，其最大熔敷率可達(dá)到20%，遠(yuǎn)高于任何傳統(tǒng)同類(lèi)型焊劑。

根據(jù)ASME規(guī)范第Ⅸ卷進(jìn)行了工藝評(píng)定（PQR），結(jié)果表明新型焊劑顯著改善焊接質(zhì)量。焊接工藝評(píng)定測(cè)試項(xiàng)目：目測(cè)—尺寸控制、超聲波測(cè)試、滲透測(cè)試PT、化學(xué)成分分析、剝層測(cè)試。

圖2 SAW帶極堆焊熔敷率

針對(duì)加氫脫硫反應(yīng)器堆焊層做的工藝評(píng)定試驗(yàn)后不久，新型ESW ESAB OK Flux10.14焊劑在實(shí)際生產(chǎn)中得到了極大的應(yīng)用。反應(yīng)器根據(jù)ASME規(guī)范第Ⅷ卷第一部分和壓力容器發(fā)展指南PED 97/23/CE設(shè)計(jì)?；w材料：ASTM SA387 Gr.11 C12；焊接方法：SAW；焊接材料：ESAB OK Flux 10.62+Autrod 13.10 SC（AWS A5.23 EB 2R-焊絲雜質(zhì)含量低）。

反應(yīng)器尺寸：23000mm（長(zhǎng)度）、3650mm（直徑）、75mm（厚度）、160噸（空重）、360噸（毛重）。最小設(shè)計(jì)溫度414℃（工作溫度389℃）；水壓試驗(yàn)：89bar，而工作壓力為50bar/f.v。為了使工藝評(píng)定范圍能夠覆蓋AWS ER347 厚度大于3mm工件，評(píng)定用的試板厚度為8mm。此外，填充金屬須保證焊后熱處理（PWHT）前后鐵素體含量為3%～8%。根據(jù)客戶(hù)的要求，在試板表面堆焊兩層。堆焊材料：OK Flux 10.14＋OK Band 309LNb（AWS A5.9 EQ309L Nb），OK Flux 10.14＋OK Band 347（AWS A5.9 EQ347）。

值得注意的是，熔敷率從化學(xué)成分、鐵素體，缺陷和蓋面焊等幾個(gè)方面分析實(shí)際上是相同的，因此采用相同焊劑可以滿(mǎn)足在不同工況條件下使用，如不同容器直徑，bottom parts and gates，電流等。通常大部分電源在暫空比100%條件下，均能提供1500～1600A大電流，焊帶尺寸60×0.5mm。

圖3 ESW堆焊熔敷率

圖4 Sices工廠煉油反應(yīng)器ESW帶極堆焊熔敷率

選用ESW而不采用SAW原因是熔透淺、稀釋率低、生產(chǎn)效率高。

SAW、ESW和高速ESW熔敷率比較結(jié)果如圖2和3所示，焊劑為ESAB OK Flux10.14。ESAB再次達(dá)到預(yù)期目標(biāo)：質(zhì)量、生產(chǎn)效率和成本均能滿(mǎn)足客戶(hù)的要求。隨后，雙方簽訂了一臺(tái)先進(jìn)的雙頭帶極堆焊設(shè)備的合同。

ANSALDO-CAMOZZI 核容器和套筒設(shè)備

圖5 PaloVerde核電站換熱器

意大利ANSALDO-CAMOZZI公司由Camozzi創(chuàng)立，位于Brescia工業(yè)園區(qū)，屬于Ansaldo集團(tuán)，主要從事核工業(yè)相關(guān)部件的生產(chǎn)。Ansaldo（原Breda）自1960年來(lái)一直活躍在鍋爐，透品機(jī)和核電等行業(yè)。1991年在Milan成立了“核工業(yè)中心”，承擔(dān)特殊部件的安裝。

Camozzi 集團(tuán)于2001年4月成功收購(gòu)了Ansaldo公司，成為S.p.A旗下專(zhuān)業(yè)Ansaldo - Camozzi能源配件公司。產(chǎn)品Ansaldo -Camozzi公司專(zhuān)著于核電，傳統(tǒng)交通工具配件，核廢料處理處理裝置以及相關(guān)核電中換熱器。同時(shí)，還生產(chǎn)各種大型壓縮機(jī)-尺寸公差are not。在核工業(yè)中，產(chǎn)品質(zhì)量是首要保證的，并且是100%可靠，Ansaldo - Camozzi提供了可靠渠道。

Ansaldo - Camozzi是在美國(guó)之外，第一家獲得N和NTP ASME鋼印的國(guó)家。在ASME證書(shū)清單中ASME規(guī)范第Ⅲ卷第一分卷格外引人矚目。事實(shí)上，Ansaldo - Camozzi公司還一舉取得了ISO90012000認(rèn)證。相反ASME N3鋼印對(duì)貯藏和運(yùn)輸核廢料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造是非常重要的。顯然，這就需要焊接材料供應(yīng)商同樣也具備相應(yīng)的質(zhì)量保證。在意大利，ESAB Saldatura（焊接）是第一個(gè)取得核級(jí)焊割材料ASME鋼印認(rèn)證的公司。

Ansaldo - Camozzi采用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)行控制，并且配備了現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備。例如，6,000噸的油壓機(jī)可以沖壓300mm厚的鋼板，最近沖壓成形了世界上最大的換熱器的封頭，該設(shè)備每個(gè)重大800噸，訂貨單位為美國(guó)Palo Verde，Arizona（圖5）最大的核電站。其中兩臺(tái)于2002年交付使用，另外兩臺(tái)在2005年供貨，最后兩臺(tái)截至2006年交付。

圖6 環(huán)形焊縫窄間隙焊。280kg桶裝焊絲避免了頻繁換焊絲的時(shí)間

圖7 換熱器應(yīng)用SAW帶極堆焊

圖8 帶極堆焊完成后的換熱器

該換熱器結(jié)構(gòu)中，有兩種不同的材料焊接。殼體材料是低合金鍛件，SA508-3a。工件焊后熱處理25h須滿(mǎn)足Rm≥620MPa，-29℃低溫沖擊韌性Kv達(dá)到27J。圓筒底部厚度變化范圍從240mm逐漸變化到120mm，再到殼體厚度90mm最后形成封頭?？紤]到厚度因素，所有縱向和橫向焊縫，均采用SAW窄間隙單絲和雙絲焊，焊接材料為ESAB OK Flux10.62/OK AutrodN 13.40。在該應(yīng)用實(shí)例中，大型桶包裝的焊絲尤其經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，280kg桶裝焊絲可以連續(xù)焊接整條焊縫，避免了頻繁換焊絲，如圖6所示。先前采用100kg包裝的焊絲，同30kg盤(pán)狀焊絲相比節(jié)省了3次換絲的時(shí)間，并且采用了ESAB公司專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的圓形龍門(mén)式焊接設(shè)備。換熱器內(nèi)部層板采用了碳鋼，厚度達(dá)到50mm。SAW采用的是OK Flux 10.62/OK Autrod 12.24。厚度為640mm的熱風(fēng)管內(nèi)，開(kāi)有25000個(gè)孔的管板和INCONEL 690管子采用TIG焊接，不需要填絲。遠(yuǎn)離接頭部位的部分位置需要表面堆焊一層耐蝕層。堆焊采用SAW帶極堆焊，焊帶尺寸為60×0.5mm。焊接方式如下：OK Flux 10.05焊劑和OK BandN 309L焊帶堆焊第一層，然后采用OK BandN 308L堆焊余下層，如圖7所示。

較小的焊帶應(yīng)用在比較難焊的位置（如表1所示）。在設(shè)備外部（重量和尺寸很大）起吊用的吊鉤焊接采用的是ESAB OK Autrod13.29焊絲、直徑1.2mm，采用MIG焊，在設(shè)備最后裝配時(shí)再拆除。產(chǎn)品按ASME規(guī)范第Ⅲ卷Ⅰ分卷（核級(jí)）制造。熱處理：610℃/4小時(shí)30分；工藝評(píng)定試驗(yàn)610℃/25h。

殼體焊縫需要100%RT和超聲波檢測(cè)（UT）；殼體內(nèi)部配件，根據(jù)厚度需要做射線(xiàn)和超聲波檢測(cè)；焊縫都需要做表面PT和MT檢查，管子-管板焊接都需做He密封性試驗(yàn)；最后水壓試驗(yàn)，相應(yīng)工作壓力1.5倍，215bar。焊縫金屬需根據(jù)機(jī)械性能、沖擊韌性及等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)等做兩倍檢測(cè)，所有試板均需要做彎曲試驗(yàn)。

表1 熔敷金屬量

在過(guò)去幾年里，ESAB也一直為Ansaldo-Camozzi公司提供大量焊接設(shè)備：

◆三臺(tái)埋弧自動(dòng)焊專(zhuān)機(jī)，專(zhuān)門(mén)焊接人孔（最小直徑260mm/1350mm）。該專(zhuān)機(jī)特別安裝了一套焊接變?yōu)闄C(jī)，保證船型位置焊接。

◆SAW/ESW焊接系統(tǒng)，并在機(jī)頭上配置專(zhuān)用焊槍和高度自動(dòng)跟蹤器（焊帶伸出長(zhǎng)度保持不變），100%整流器1600A/46V；

◆傳統(tǒng)的環(huán)形焊縫帶極堆焊機(jī)頭（30mm焊帶）能夠堆焊所有g(shù)ate或圓形筒體，速度為340mm/min；

◆配備DC/AC型得HNG－T埋弧焊設(shè)備可滿(mǎn)足厚壁筒體（最大厚度350mm）的窄間隙焊，每層焊縫焊兩道。焊接機(jī)頭安裝有兩個(gè)直的扁焊槍?zhuān)揽刻厥獾倪\(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)理進(jìn)行關(guān)節(jié)控制。

◆自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，雙向，可正確測(cè)量水平和垂直兩個(gè)方向的距離。

ESAB的合作伙伴

ESAB公司客服各種困難和需求，同SICES和Ansaldo-Camozzi公司建立了良好的合作關(guān)系。兩家公司均已報(bào)道歡迎更加緊密的合作，配套質(zhì)量保證和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。不論遇到什么問(wèn)題，技術(shù)支持永遠(yuǎn)是合時(shí)宜的。