根据中国信息网的报告，火力发电占据了中国市场75%以上的份额，是现代社会电力发展当之无愧的龙头老大。在电力市场，尤其是在调峰方面，火力发电仍然发挥着主导作用。如果能实现电厂的长期有效的平稳运行，对提高供电效率和电厂的经济效益具有非常非常重要的作用。[1]汽轮机EH油系统即为汽轮机调速油系统，又称高压抗燃油系统，还在于汽轮机的调速油系统与润滑油系统各自独立，采用抗高温的抗燃油（EH油），采用高油压方式控制汽轮机各主汽门和调速气门，故又称汽轮机EH油系统。汽轮机EH油系统作为机组重要的调节安全的组成一部分，系统的可靠性必然的联系到机组能否正常调节和运行。在极端情况下，汽轮机EH油系统会影响主要设备甚至整个工厂的主要安全，所有这一些都会导致发电机组的计划外停机。[2]EH油系统管道连接供油系统，是作为紧急中断系统和执行机构的通道。EH油系统中油介质的能否顺利流通传递，作为油介质的传输通道，与之直接相关。如果EH油系统发生意外事故，EH油系统中的油介质流量通道的泄漏将直接引发发电机组的计划外停机。让企业遭受巨大的经济和社会效益损失。

　　在汽轮机电液控制管理系统的EH油管道中，一部分采取不锈钢小直径薄壁管与不锈钢套管承插角焊缝连接，另一部分采取不锈钢小直径薄壁管对焊连接。在一个单元控制管理系统中有数百个类似的焊缝。焊接质量是保证装置运行过程中EH输油管道系统不泄漏的重要环节。[3]而且，由于EH输油管道直径小、壁薄、工作所承受的压力大，对材质、焊接质量和结构上的布局要求比较高。EH输油管道受机组振动、夹持力差、压力油波动的影响，会产生频繁的振动。另外，在建设阶段，EH输油管道具有穿越空间大、走向复杂、调查不方便等特点，给机组的安全稳定运行埋下了隐患。因此，有必要对近年来大型机组EH油管的频繁故障做多元化的分析，引进新技术，确保EH油系统的安全运行，降低机组的非正常停车风险。[4]

　　综合分析近几年来的EH油管道破裂泄漏导致机组非计划停运事件。EH油管道有几种常见的失效机制。主要有焊接质量缺陷,疲劳断裂,材质质量缺陷还有腐蚀等。根据结果得出，疲劳失效是主要影响因素，失效位置大多与EH管路焊接接头有关，断裂或泄漏发生于焊缝或热影响区等。[5]简而言之，EH管线的疲劳失效主要涉及两个方面。一是在运行过程中，EH管道承受振动和其他疲劳载荷。在使用的过程中避免疲劳载荷是防止EH疲劳失效的方法之一。二是提高EH管道接头的抗疲劳性能。[6]事实上，EH管道接头的结构和性能不均匀是由焊接缺陷引起的。应力分布不均匀，应力集中严重，会严重降低管接头的疲劳抗力。

　　EH油管内介质为抗燃油，主要成分为三酚基磷酸酯，容易受水分等杂质经长时间影响，使系统内部件容易受到腐蚀。[7]所以EH油管系统都采用的是奥氏体不锈钢，常用的如0Cr19Ni10、0Cr18Ni9等。而且这些油管直径一般为16-32mm，壁厚1.8-3.0mm。所以EH油管的安装，其实涉及的小规格薄管奥氏体不锈钢的焊接问题。[8]这就涉及到几个难点：（1）奥氏体不锈钢焊接过程中的氧化问题与耐腐的能力下降的问题；（2）热输入过小导致会导致未焊透问题与热输入过大引起的晶粒粗化问题；（3）现场手工焊的过程中工艺参数的选择还有控制问题。[9]只有解决这样一些问题，才能从根本上提高EH油管的安装质量，保证其可靠性和服役时间。

　　一般的焊接接头采用的是钨极气体保护焊（TIG），它的电弧稳定性高，成形美观。但是也有许多缺陷，如热输入过大导致HAZ晶粒过度长大、厚板效率低、薄板容易焊穿等。[10]

　　脉冲氩弧焊是一种新型的焊接工艺，它是以普通钨极氩弧焊（TIG焊）为基础发展起来，它的特点是能够最终靠改变电流变化的频率，在母材上获得一条美观的焊缝，特点是连续致密、组织均匀、细化晶粒，不仅提高了焊接接头的力学性能，抗腐蚀和抗老化性能也得到了提高。[11][12]本次试验准备采用脉冲氩弧焊，通过探究一系列工艺参数，对焊接工艺来优化，从根本上解决EH油管焊接接头引发的失效问题

　　近年来，亚临界、超临界机组EH管失效引起的不停车事故日益增多，严重影响了电厂的正常发电和设备安全。在小口径薄壁奥氏体不锈钢管的焊接和安装过程中，内外壁的焊接保护和热输入控制是决定焊接质量、使用能力和常规使用的寿命的重要的条件。[13]本项目在分析大量EH管线失效特点的基础上，提出从根本上解决焊接原因引发的EH管线失效问题，引进氩弧焊新技术和新材料，减少因EH管线失效引起的“非停事件”，落实集团公司提出的“提质增效”的目标。[14]

　　本项目实施后，可大幅度减少EH管道焊接引起的非停事件，全方面提高发电机机组的运行安全性和经济性：（1）采用高频脉冲氩弧焊接，可使EH管道焊接过程中的热量输入大幅度降低。可以轻松又有效地控制不锈钢，有效地控制焊接缺陷，改善焊接接头的组织和性能。可大幅度的提升EH油管接头的使用能力和可靠性。（2）解决奥氏体不锈钢焊接EH管内壁氧化导致的耐腐的能力变差的问题。（3）通过采用免充氩焊接材料，简化或改进EH油管现场安装或维修更换条件，保证焊接接头的内部质量。（4）解决连接方式和焊接操作引起的焊接应力集中问题，提高EH油管焊接接头的可靠性和常规使用的寿命。（5）通过系统研究，形成了解决EH油管焊接接头失效的专门技术，大幅度减少了EH油管焊接机组的非正常停车事故。（6）针对EH管材的焊接、安装、维护、更换等问题，形成了一套EH管材施工规范，弥补了行业和企业标准对EH施工要求的不足。[15]

　　Cr含量在10.5%以上、同时具有耐酸性能的合金称为不锈钢。不锈钢在水蒸气，淡水，大气等弱腐蚀性介质中不发生锈蚀和且耐腐蚀。

　　1）一般来说，碳含量越低，不锈钢的抵抗腐蚀能力越好，不锈钢追求耐腐蚀性是最主要的，但是也需要仔细考虑碳含量会影响其他性能如钢的冷变形性还有焊接性等工艺因素。

　　（1）Cr，铬元素是提高不锈钢抵抗腐蚀能力的主要合金元素。Cr能够使钢基体的电极电位获得提升，这种电位升高不是连续的，当Cr的原子分数达到1/8、2/8、3/8时，钢的电极电位剧烈增大。

　　（3）Mo，钼元素对于在非氧化性的介质中提高奥氏体的耐腐的能力有着重要的作用。

　　（4）Ti，钛元素会在高温下能够和碳元素形成化合物，以防止过饱和的C析出造成贫铬。

　　（5）Mn，锰元素作为奥氏体的形成元素，对于在有机溶剂中奥氏体的耐腐的能力提高有着重要作用。

　　通过在钢中加入奥氏体形成元素使得显微组织为奥氏体的不锈钢称为奥氏体不锈钢。其中C含量基本在0.10%以下，组织为单相奥氏体，具有优良的塑韧性，耐晶界腐蚀性和高温力学性能。在所有不锈钢种类中，以奥氏体不锈钢的应用最为广泛，目前世界上有70%的不锈钢产量归属于奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢大范围的应用于石油，化工，医疗，食品等方面。奥氏体不锈钢具有301、302、303、304、309、316、321等。

　　304是应用最为广泛的一种不锈钢，GB牌号为0Cr18Ni9，是一种通用性的不锈钢，在需要制作良好综合性能的设备和机件上（成形性腐蚀性等）普遍的使用。304不锈钢含19%铬、含9%镍，业内也叫做18/8不锈钢。耐高温800℃，具有加工性能好，韧性高的特点。

　　316不锈钢是继304之后，第二个应用较为广泛的钢种，其中添加了钼元素，能够使其获得一种特殊结构，这种结构抗腐蚀性较好，因此在饮食业还有外科手术器材等行业应用较多。除此之外，添加了抗氯化物使其对氯化物的抗侵蚀的能力更强，因此也被用于船用钢。但是316钢对抗晶间的腐蚀性不佳。

　　321不锈钢是一种Ni-Cr-Ti型奥氏体不锈钢，由于添加了钛元素，降低了焊接材料焊缝发生锈蚀的风险，抵抗腐蚀能力、耐高温性均类似于304不锈钢，主要使用在在抗晶界腐蚀性要求高的工业产品中，如石油化学工业企业、纺织企业等。

　　1）熔焊，焊接过程中，将焊接接头加热至熔化状态，不加压力的焊接方法。包括弧焊;高能束焊等。

　　2）压力焊，一种是将被焊金属的接触部位加热至塑性状态或熔化状态，并施加一定的力，使金属相互结合形成焊接接头。另一种是在被焊金属接触面上施加足够大的压力（不加热），借助压力引起的塑性变形，从而获得牢固的挤压接头。包括电阻焊;固相焊等。

　　3）钎焊，采用比母材熔点低的金属材料作钎料，加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散，连接焊件的一种方法。分为软、硬钎焊

　　熔化极气体保护焊是一种以可熔化的金属丝作为电极，由气体作保护的电弧焊。相比于焊条电弧焊，GMAW焊接效率更高。其连续送丝的特点决定着没有更换焊条的那道工序，也无须清理焊道之间的废渣，更节省时间。而且通过焊丝的电流密度更大，大幅度的提升了焊接效率。同时热量更加集中，在相同电流条件下，GMAW的熔深要比焊条电弧焊大得多。保护气体方面，MIG焊使用的是惰性气体，主要使用在于铝、铜、钛及其合金，还有就是不锈钢的焊接。MAG（焊熔化极活性气体保护焊）和CO2大多数都用在焊接碳钢、低合金钢高强度钢。

　　TIG焊属于熔焊的一种，电极采用钨极，因采用非熔化极，所以无熔滴过渡与飞溅问题，过程平稳。保护气体采用氩气，是现成的惰性气体，最适于保护Al、Mg活泼且难以脱氧金属。氩气密度比空气大25%而且电离能高。弧较困难，氩气是单原子气体，高温时不因分解而吸热。其比热容和传热系数比空气小，一旦电离则燃烧稳定，弧压低。另外其原子量大，离子质量大，轰击清理阴极效果强。

　　4）存在夹钨的问题，这是由于钨极虽然熔点高，也会有少量的蒸气产生，蒸气中的钨微粒进入熔池，对焊缝质量造成影响，特别是电流很大时（约300A以上），夹钨会特别明显。因此TIG焊许用电流较低。

　　5）TIG焊的设备相对普通弧焊（焊条）来说很复杂，操作也相对较难，而且有很高的工件清理要求。

　　钨极脉冲氩弧焊采用可控的脉冲电流来加热焊件，其分为低频脉冲TIG(小于10Hz)和高频脉冲TIG(5~30KHz)。本次实验主要是采用低频脉冲氩弧焊。相比于普通TIG焊，脉冲TIG主要有以下优点

　　1)与恒定小电流电弧相比：能在较低的平均电流下确保焊透；高的脉冲电流使电弧挺度好；稳定性好；

　　2)与恒定大电流电弧相比：热输入小，防止HAZ晶粒过度长大；熔池处于周期性加热、冷却过程，熔池小，能全位置焊；能防止烧穿

　　本试验采用的设备主要包含两大部分，一部分是脉冲TIG焊接试验过程中所涉及的试验设备，另一部分则是对试验后所得试件性能检验测试所用到的检测设备。

　　作为本试验所用到的核心设备为威特利WSM-315型焊机，见图2-1，其采用进口西门子lGBT功率器件，PWM逆变技术，具有高可靠性。并且采用WTL专利热管散热器技术，增强功率器件的散热能力，提高整机可靠性，同时设有自动保护系统，自动报警提示，并停止焊接。本焊机具有优良的起弧功能，起弧成功率高，电弧稳定，不偏，焊接稳定性很高，焊缝漂亮美观，飞溅相对较少。当然此焊机还包含配套的焊枪与水箱，以及在焊接过程中起保护作用氩气瓶。除此之外还包括调整位置焊枪的夹持装置以及焊接管材所需的旋转机构，见图2-2。

　　试验后期在对焊件进行金相和硬度性能检验测试时分别用到了IE200M光学显微镜以及HXD-1000TMC型维氏硬度计，见2-3a、b。

　　本文采用的试验材料为304不锈钢（化学成分为0Cr18Ni9）的钢材，管口直径为34mm，壁厚4mm，管子的实物图如图2-1所示。

　　304不锈钢是应用最为广泛的一种铬-镍不锈钢[1]，作为一种用途广泛的钢，拥有非常良好的耐蚀性、耐热性，低温强度和机械特性；冲压、弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象（使用温度-196℃～800℃）。在大气中耐腐蚀，如果是工业性气氛或重污染地区，则需要及时清洁以避免腐蚀。适合用于食品的加工、储存和运输。拥有非常良好的加工性能和可焊性。

　　304不锈钢是日常生活中最常见的奥氏体不锈钢，其类型为Cr-Ni型不锈钢，它的牌号为0Cr18Ni9，其化学成分见表2-1。304不锈钢碳含量约为0.08%，Cr元素的含量在18.0%-20.0%之间，Ni元素的含量在8.0%-10.5%之间，P、S杂质含量严控。对于304不锈钢来说，其中的镍元素成分十分重要，因为它是决定着304不锈钢的耐腐蚀能力及它的价值。

　　在EH油管的焊接过程中，直流TIG焊热输入过大的问题有可能会出现焊后组织粗化等缺陷，这样会极度影响着焊后EH油管的服役性能。因此本文引入了脉冲氩弧焊接技术，通过设定不同的脉冲氩弧焊工艺参数对薄壁不锈钢管焊缝的影响规律进行一定的研究，同时还对所得焊缝接头区域进行一定的组织和性能测试研究，从中得到较优的工艺参数，进而时焊接工艺得到相应的改善。

　　脉冲TIG焊的参数有：峰值电流、基值电流、占空比、脉冲频率、焊接速度、保护气体流量等。

　　1）峰值电流。在脉冲TIG中，其电流为锯齿形状的波，峰值电流就是焊接电流在周期内所处的最高值。其作用主要是通过改变峰值电流的大小可以使其熔宽和热输入发生一定的变化。

　　2）基值电流。在脉冲TIG中，其电流为锯齿形状的波，基值电流就是焊接电流在周期内所处的最低值。其作用主要是维持电弧的稳定燃烧，其过小会影响电弧正常稳定工作，过大会容易使得焊缝表面氧化甚至会给焊缝造成某些特定的程度的缺陷，影响其成型的美观性。

　　3）占空比。指峰值电流在整个脉冲周期所占的比例，占空比越大，那么峰值电流工作的时间就越长，热量越大，反之，时间越短，热量相对越小，对工件发热变形的影响就越小，通过适当的调整占空比可以是相应的控制焊缝的熔深、熔宽以及热输入，使得到较好的焊接成型效果。

　　4）脉冲频率。它指单位时间内脉冲电流的锯齿状波所出现的周期数。脉冲TIG焊时每一次脉冲电流经过工件都会产生点状熔池，在基值电流期间，熔池进行冷却，进而获得一条由许多焊点连续搭接而成的脉冲焊缝。脉冲频率f(Hz)与焊接速度v(mm/min)和焊点间距d(mm)的关系如式(1)：f=v/60d。脉冲TIG焊时每一次脉冲电流经过工件都会产生点状熔池，在基值电流期间，熔池进行冷却，进而获得一条由许多焊点连续相互重叠而成的脉冲焊缝。但是脉冲频率不能过高，在速度一定的情况下，脉冲频率过高会导致焊点间相互重叠量多点堆积在一个地方，造成热输入过高导致烧穿。当频率过高时，可以加快焊接速度来配合形成比较美观的焊缝，不至于焊点堆积，造成焊接缺陷。

　　5）焊接速度。它指焊接过程中单位时间里完成的焊缝长度。焊接速度越大，则线能量越小，反之则增大。

　　6）保护气体流量。在焊接过程中单位时间内流过喷嘴的气体体积，它的大小直接影响着电弧状态和焊缝表面的保护。气体流量过大可能会使电弧发生偏吹现象，过小则会使焊缝保护不佳。

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