考登钢鳍片与ND钢钢管H型鳍片电阻焊的焊接工艺

刘健，刘文娟，王林朴，刘浩，吴迪

鞍山锅炉厂有限公司 辽宁鞍山 114020

1 序言

在电力、冶金等工业领域，以煤为主要燃料的烟气处理系统，如锅炉中的省煤器，再热器等，普遍会遇到燃料中含硫量偏高，形成硫酸而造成设备腐蚀问题。用普通碳素钢制作的锅炉部件，由于其耐硫酸腐蚀性能很差，使用寿命很短，因此，使用耐硫酸腐蚀钢对提高锅炉部件的使用寿命有着非常重要的意义。本文提到的考登钢及ND钢均有耐硫酸腐蚀的特点。因此，近些年这两种钢材在锅炉部件中已得到了广泛应用，但这两种材料的焊接性要比普通碳素钢差很多。

近期我厂生产了考登钢鳍片（09CuPCrNi-A、厚度3 m m）与N D钢管子（0 9 C r C u S b、φ38mm×4mm）组焊的H型鳍片管低温省煤器。由于鳍片厚度大，加之此材料的物理和力学性能相比碳素钢的电阻焊焊接性差，很容易出现熔合率低、飞溅大、焊后抗拉强度低、焊后变形等诸多问题，而这些问题的产生又与鳍片齿型、焊接参数、设备能力及状态、电控系统精准度等多方面因素有关。本文针对我厂生产过程中鳍片齿形设计、焊接参数选择、出现的问题及需要注意的事项进行了详细阐述。

2 H型鳍片电阻焊影响因素

H型鳍片管分单管和双管两种形式，单管的H型鳍片管的两个鳍片为矩形，其长边约为光管外径的2倍。双管H型鳍片管是在单管基础上将鳍片加长，对称加设一个圆弧，这样既提高了生产效率，也大大降低了生产成本，而且其结构的刚性更好。我厂本次生产的是双H型鳍片管。

2.1 材料因素

考登钢又称耐候钢，是在钢中加入少量的合金元素，如Cu、P、Cr、Ni等。使其在金属基体表面形成致密的、黏附性好的保护膜，从而使钢的腐蚀过程不能深入进行，具有较高的耐腐蚀性能。因此，考登钢主要用于抵御含硫烟气腐蚀，其化学成分、力学性能分别见表1、表2，热物理性能见表3。

表1 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的化学成分（质量分数） （%）

表2 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的常温力学性能

表3 09CrCuSb及09CuPCrNi-A的热物理性能

ND钢也就是09CrCuSb材质的钢，主要用于高含硫烟气中工作的省煤器、再热器，用于抵御含硫烟气腐蚀，具有卓越的耐硫离子腐蚀能力，它良好的耐蚀性和各项物理化性能指标以及加工性能完全能满足设计、制造和使用要求。

2.2 电极铜板

考登钢和ND钢均属Fe4类材料，从表3可以看出，两种材质的高温、常温强度都较高，焊接区的变形抗力大，焊接中产生必要塑性变形所需要的电极压强就高，因此，电极铜板应具有较高的高温强度。我厂选用的是铬锆铜电极，铬锆铜有良好的导电性、导热性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及软化温度高等优点，焊接时电极损耗少，焊接速度快，焊接总成本低，且硬度适中。另外，电极铜板加工精度、表面平整度要求非常高，必须保证铜板与鳍片接触面完全贴合，防止虚接。且电极铜板需要适时更换，尤其是使用在焊接电流较大的工件中，以保证焊接质量。

2.3 设备能力及状态

我厂采用的是中电华强股份有限公司的H型鳍片焊焊机，它将加压通电局限在鳍片与管子多点接触的圆弧面上，依靠鳍片-管子-鳍片间的电阻热形成熔核，然后顶压成角接连接的鳍片管。设备由鳍片管焊接主机、前料架、后料架、焊接变压器及其控制系统、整机控制系统及冷却系统等部分组成。由于我厂设备有所老化，因此，焊接能力相对较差，这就要求齿型设计，焊接参数等因素都达到最佳状态。

2.4 H型鳍片齿型设计

综合材料焊接性、设备能力、鳍片厚度等因素，如果齿型与碳素钢相似，需要的焊接参数会很大，容易导致飞溅及焊穿等缺陷产生，因此，本次鳍片设计的齿型如图1所示，均布11个齿，弧中85°范围内开齿，豁口角度90°。经过验证，此种齿型既能保证焊后鳍片与管子接触良好，不影响传热效果，又可适当减小焊接参数，保证产品质量，减少更换电极频次，节省成本，提高效率。

图1 鳍片齿型

3 焊接参数

焊接过程中通电焊接必须是在电极压力达到满值且稳定后进行的，否则可能因压力过低，接触电阻太大而引起强烈飞溅，或因压力前后不一致，影响加热，造成熔核强度的波动，电极提起也必须在电流全部切断之后，否则电极与工件之间会引起火花，甚至烧穿工件。经过反复试验，得出表4所示焊接参数，此套参数可保证鳍片管焊接质量符合标准中各项要求。力学性能试验记录见表5。

4 常见问题及解决措施

（1）鳍片上下倾斜（俗称大小口，见图2）可在图3所示位置垫铁片来调节，铁片要垫在大口侧，铁片厚度约等于大口与小口尺寸差值。

（2）错齿（见图4） 调节图5所示螺栓，使机头整体前后移动，直至调正。

（3）鳍片左右倾斜（俗称八字口，见图6）电极铜板中的电极B磨损严重，需要更换。

（4）侧弯（见图7） 上下弧面导电不一致，热输入不均，导致弯曲，可利用反变形法防止弯曲，将滚轮向上调节，如仍然弯曲则应检查电器线路，查找导电不均的原因。

（5）外框（宽窄）超差 可通过调节参数中的焊接时间，焊接时间加大，宽度相应减小，焊接时间减小，宽度相应增加。也可通过调节图9所示位置，可左右调节松紧，也可调节气压。

表4 焊接参数

表5 力学性能试验记录

图2 鳍片上下倾斜

图3 垫铁片

图4 错齿

图5 调节螺栓

图6 鳍片左右倾斜

图7 侧弯

（6）飞溅大 可调整焊接电流，也可调节电极压力。

（7）焊穿、拉力低 需综合调节各项焊接参数。外观有烧红现象及小圆点，需更换电极铜板。

5 结束语

通过以上试验及后续生产实际证明在现有设备能力水平下，实际生产中严格按照此工艺执行，合格率达到100%，未出现任何缺陷。说明这种焊接工艺及齿型是正确可行的，对以后焊接此种或相近材质的H型鳍片有着重要的指导作用。