如何用625鎳合金焊絲雷射堆焊 垃圾焚燒發電高溫煙氣換熱面

如何用625鎳合金焊絲雷射堆焊 垃圾焚燒發電高溫煙氣換熱面

北極星固廢網訊:垃圾焚燒爐因為焚燒垃圾產生高溫腐蝕性極強的煙氣（如含有氯離子等）。這些煙氣通過與受熱面的換熱實現煙氣與水蒸汽的換熱。受熱面往往受到嚴重的煙氣腐蝕。為了解決腐蝕問題，受熱面如水冷壁等採用碳鋼加外表面堆焊625合金的方式來實現即節省材料，又提升耐腐蝕能力的效果。625合金需要具備很高的耐氯離子擊穿的點腐蝕能力，耐硫及其燃燒後產物腐蝕的能力等綜合性能。

625合金還需要避免生成碳化物，金屬間化合物等，這會降低耐腐蝕性能。為此需要超低碳含量，同時採用多種微合金化元素來降低金屬間化合物在凝固過程中的大量析出，降低全奧氏體焊縫的凝固熱裂紋發生的可能。

傳統上採用電弧堆焊，現在也有採用雷射送粉堆焊的。但是前者熱輸入量大，不得不採用脈衝焊，CMT,STT等方式來降低焊接的熱輸入。熱輸入大，即會引起工件的大變形（導致裝配困難，甚至報廢），也會引起母材較大的稀釋，從而不得不堆焊更厚的金屬比如3mm厚來應對。而後者會導致粉末材料的利用率不足40%，且不適合3mm這樣厚的塗層，通常它更適合1mm以下的應用。採用雷射填絲堆焊會獲得好的堆焊效果。與電弧堆焊相比，效率更高，熱輸入更低，母材稀釋率更低。與雷射送粉方式比較，材料利用率更高，不受作業厚度限制。

雷射填絲焊接，選用1.0mm（或1.2mm焊絲），可以選擇熱絲電源對焊絲進行預熱。選擇5000-20000瓦的雷射功率。雷射器完全可以選擇碟片的或光纖的固體雷射器。半導體雷射器一般功率會低於10000瓦，且光束質量不如固體雷射器，它更適合噴塗粉末的作業，因為可以設置很大的光斑。而送絲作業不需要很大的光斑。選擇好雷射器以後，將雷射的焦點調節至0.2-0.7mm，照射在焊絲的端點，焊絲的端點牴觸在受熱面的待堆焊表面（表面在堆焊前需要清理乾淨，露出金屬光澤）。在側向需要採用氬氣-氮氣的混合氣體進行保護，即防熔化的金屬與空氣接觸氧化嚴重，又降低了大功率雷射產生的等離子體影響。等離子體的存在是必然現象，它將嚴重降低雷射的傳輸。等離子的組成即有小到數十納米的金屬微粒，也有金屬陽離子，氣體陽離子，自由電子和氣體原子。

當一切準備就緒時，開動雷射器，雷射的焦點首先照射在焊絲端點，端點會在不到10毫秒的時間內熔化，此時控制的好就會使得雷射穿透焊絲照射母材的能量極小化。比如焦點位置上偏差3mm以上（此時需要考慮光束質量來計算）。母材的熔化熱量來源於熔化的焊絲，和透過焊絲而來的極少的能量，這樣熱量的來源不同於電弧焊，電弧焊哪怕是選用CMT，但是電弧仍然作用於母材。

雷射的功率密度（106w/cm2）高於電弧，單位時間內，焊絲和母材獲得的熱量多，而主要的熱量被焊絲吸收。電弧除了功率密度低以外，電弧的熱量損失更多一些。因此5000瓦的雷射束，比5000瓦的電弧更能高效的利用熱能。這為更高速度的堆焊提供了前提條件。比如焊接同樣一塊1mm厚度的碳鋼板，不填絲。同樣功率下，雷射的速度是電弧焊接的2-10倍。這意味著選用雷射堆焊可以縮短一半以上的工期，生產效率大幅度提高。

雷射更容易控制母材獲得的熱量，進而影響母材的熔化深度，降低稀釋率。電弧堆焊通常將稀釋率降低到10%已經很難。而雷射堆焊可以控制在5%以下，甚至更低。這意味著採用雷射堆焊時可以不必堆焊3mm的厚度，完全可以堆焊2mm以下。如果每年的均勻腐蝕深度為0.1mm以下，依然可以做到十幾年內僅需檢測而不需垃圾焚燒發電廠停機補焊，甚至是整體切割受熱面報廢或維修。採用雷射堆焊每平方米可以節省堆焊用625合金約8-12公斤，節省費用約2000-4000元人民幣。雷射送絲堆焊仍然需要利用「匙孔」焊，而不是單一的傳導焊。只是控制小孔的底端在母材上最淺（降低稀釋率）。電弧焊為了降低對母材的熱輸入，在焊接速度和熔深不變時，採用的是焊絲震動的方式，其目的是剛剛熔化成液體的焊絲熔滴脫離焊絲，它不會繼續吸收電弧熱量。這樣在低溫態就過渡到焊接熔池，進而即有效的利用了熱量，又降低了焊接熱輸入。雷射堆焊同樣可以參比這一技術的應用效果。可以根據檢測到的等離子體光譜信號作為焊絲端頭熔化態金屬溫度的信號，與焊絲震動裝置進行合併計算，最終輸出焊絲合理的震動頻率。雷射填絲堆焊還需考慮擺動作業，擺動作業可以降低等離子體的影響，還可以提高工作效率，降低堆焊搭接量。當高速度的堆焊不能滿足成形要求時還可以嘗試採用30%He+2%CO2+0.1%O2+Ar以氬氦為主的多元混合氣體的方式來改變成形性（因為氣體將影響液態金屬的潤溼角和鋪展）。

這樣的雷射填絲堆焊將大大降低工件的變形量，改善堆焊成形性。受熱面有時尺寸巨大，一旦發生較大變形，需要用機械或者火焰的方式矯正，非常複雜而且需要經驗和技巧以及大型的工具。否則如果將變了形的工件裝配到發電站的機組上，那麼鍋爐內部的接口處只能強行組對。而強行組對焊接後，帶來非常大的內應力，即容易導致應力腐蝕，又降低了材料的許用應力裕度（靜載荷，疲勞載荷，蠕變載荷都會降低）。

綜上所述：625絲極雷射堆焊在焊材節省，焊材利用率，生產效率，工件變形控制等方面，大大優於以往的傳統方法，而且提高了垃圾焚燒發電機組的運行安全。

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