鍋爐聯(lián)箱內(nèi)置式手孔焊接及熱處理技術(shù)探討

劉 毅,于貴芳,賀大偉

(山西省電建四公司,山西太原 030021)

鍋爐聯(lián)箱內(nèi)置式手孔焊接及熱處理技術(shù)探討

劉 毅,于貴芳,賀大偉

(山西省電建四公司,山西太原 030021)

針對(duì)上海鍋爐廠制造的受熱面聯(lián)箱內(nèi)置式手孔現(xiàn)場(chǎng)焊接特點(diǎn),總結(jié)以往同類產(chǎn)品焊接過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,并對(duì)內(nèi)置式手孔焊接的方法、焊接及焊后熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。確保了內(nèi)置式手孔的焊接質(zhì)量,節(jié)約了成本。

聯(lián)箱內(nèi)置式手孔;焊接技術(shù);熱處理設(shè)備;改進(jìn)

0 引言

近幾年來(lái)上海鍋爐廠生產(chǎn)的電站鍋爐受熱面聯(lián)箱手孔為內(nèi)置式,即手孔內(nèi)嵌于集箱兩端的半球體,內(nèi)置式手孔與聯(lián)箱焊接設(shè)計(jì)焊縫厚度只有8mm,起密封作用,見(jiàn)圖1。東方鍋爐廠及哈爾濱鍋爐廠受熱面聯(lián)箱手孔均為管座式,現(xiàn)場(chǎng)焊縫為對(duì)接焊縫,見(jiàn)圖2。管座式手孔現(xiàn)場(chǎng)預(yù)熱及熱處理按中徑管焊接方法只對(duì)短管進(jìn)行包扎預(yù)熱和熱處理,對(duì)聯(lián)箱本體沒(méi)有影響;而內(nèi)置式手孔現(xiàn)場(chǎng)預(yù)熱及熱處理時(shí)對(duì)聯(lián)箱本體有影響,如果預(yù)熱方法和熱處理方式運(yùn)用不當(dāng),則焊縫容易產(chǎn)生裂紋,發(fā)生滲漏。

圖1 內(nèi)堵式手孔焊縫型

圖2 管座式手孔焊縫型式

山西兆光電廠一期 (2×300 MW)工程1號(hào)爐安裝后進(jìn)行上水試驗(yàn)時(shí),受熱面滿水后發(fā)現(xiàn)高溫過(guò)熱器出口聯(lián)箱左右側(cè)、后屏過(guò)熱器出口聯(lián)箱右側(cè)、分隔屏出口聯(lián)箱右側(cè)以及屏再出口聯(lián)箱左右側(cè)共計(jì)6個(gè)手孔出現(xiàn)不同程度的滲水現(xiàn)象。排水后把已滲水的6個(gè)內(nèi)置式手孔取下,對(duì)各個(gè)手孔進(jìn)行了光譜分析和著色檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在聯(lián)箱手孔內(nèi)壁處母材和內(nèi)堵式手孔裝置發(fā)現(xiàn)縱向裂紋。在對(duì)發(fā)現(xiàn)有滲水手孔的解剖處理過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)裂紋產(chǎn)生于聯(lián)箱手孔內(nèi)壁側(cè),裂紋呈縱向,長(zhǎng)度3～8 mm,深約2 mm左右。發(fā)生滲水的聯(lián)箱材質(zhì)為12Cr1MoV。經(jīng)與上海鍋爐廠現(xiàn)場(chǎng)代表了解,上海鍋爐廠在河南旺方電廠135MW機(jī)組和廈門嵩嶼電廠300 MW機(jī)組的內(nèi)堵式手孔裝置也是在打水壓時(shí)一上水就出現(xiàn)漏點(diǎn)。同樣問(wèn)題在山西國(guó)際電力華光電廠一期 (2×600 MW)工程鍋爐施工中也出現(xiàn),說(shuō)明焊縫裂紋有一定的代表性。有必要對(duì)鍋爐聯(lián)箱內(nèi)置式手孔焊接及熱處理技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

1 焊接裂紋原因分析

1.1 焊接應(yīng)力對(duì)焊縫產(chǎn)生的影響

聯(lián)箱內(nèi)堵式手孔位置特殊,且聯(lián)箱與內(nèi)堵式手孔蓋板壁厚剛度相差很大,焊接過(guò)程是一個(gè)不均勻的加熱過(guò)程,鋼材要產(chǎn)生熱脹冷縮,在焊接區(qū)產(chǎn)生殘余應(yīng)力,同時(shí),從高溫區(qū)快速冷卻下來(lái)的焊接區(qū)也不可避免地產(chǎn)生淬硬組織。接頭受焊縫收縮引起的應(yīng)力、結(jié)構(gòu)剛性引起的應(yīng)力、淬硬區(qū)膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力,如果焊接及熱處理過(guò)程控制不當(dāng)可能產(chǎn)生焊接裂紋。

由于聯(lián)箱與內(nèi)堵式手孔裝置壁厚相差較大,聯(lián)箱筒體和堵板冷卻速度不同,同時(shí),焊接過(guò)程中由于焊縫呈圓環(huán)封閉狀,應(yīng)力不易釋放,極易產(chǎn)生較大應(yīng)力集中,就可能導(dǎo)致產(chǎn)生冷裂紋。

1.2 工作現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度對(duì)焊縫的影響

12 Cr1MoV焊接施工環(huán)境溫度為0℃;SA 106B焊接施工環(huán)境溫度為-10℃。山西兆光電廠一期 (2×300 MW)工程1號(hào)爐各聯(lián)箱內(nèi)置式手孔于 2004年 12月初開(kāi)始施工,環(huán)境溫度為-5～8℃之間,在環(huán)境溫度相對(duì)較低的情況下施工,冷卻速度較快,相應(yīng)的保溫措施沒(méi)有到位,是造成裂紋的因素之一。

2 內(nèi)置式手孔焊接及熱處理工藝的改進(jìn)

分析鍋爐內(nèi)置式手孔焊接裂紋的原因,在山西國(guó)際電力華光電廠一期 (2×600 MW)工程及山西漳山電廠二期 (2×600 MW)工程中不斷進(jìn)行工藝的改進(jìn),特別是對(duì)熱處理設(shè)備的改進(jìn),保證了工程焊接的質(zhì)量,同時(shí)認(rèn)識(shí)到焊接接頭的焊前預(yù)熱、焊接及焊后熱處理對(duì)焊接質(zhì)量起關(guān)鍵作用,因?yàn)楹盖邦A(yù)熱及焊后熱處理目的是降低殘余應(yīng)力,促使氫的逸出,改善接頭的塑性、韌性,從而改善其高溫力學(xué)性能,增加組織的穩(wěn)定性。

2.1 改進(jìn)后焊接工藝

焊材選用:按材料選用匹配的焊絲及焊條,焊絲選用φ2.5 mm,焊條選用φ3.2 mm,焊條在使用前應(yīng)進(jìn)行烘焙。

焊接方法:選用φ2.5 mm的焊絲進(jìn)行打底,φ3.2 mm焊條填充蓋面。焊接時(shí)控制焊接線能量,采用快速小擺動(dòng),分段焊接,嚴(yán)禁從一端連續(xù)圍繞焊,以便焊接應(yīng)力的釋放,打底后進(jìn)行多層多道分段焊接。焊接過(guò)程中為消除焊接應(yīng)力,用焊接扁鏟輕輕錘擊焊縫。

2.2 改進(jìn)后熱處理工藝

為了適應(yīng)工程手孔內(nèi)置于半球狀的聯(lián)箱內(nèi)部的特點(diǎn),經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)后采用輔助器材固定加熱器片,輔助器材寬為20mm,厚為1.5 mm的不銹鋼薄片。不銹鋼薄片用鎳基焊絲點(diǎn)固在聯(lián)箱上,再用繩狀加熱器纏繞,見(jiàn)圖3。

熱處理前將不銹鋼薄板沿長(zhǎng)度方向即A到B呈螺旋狀點(diǎn)焊。

加熱方法采用繩型柔性陶瓷電阻加熱。

焊前預(yù)熱:預(yù)熱溫度,SA 106B材質(zhì)的氬弧焊打底預(yù)熱溫度為150℃,電焊填充蓋面預(yù)熱溫度為150℃;12Cr1MoV材質(zhì)的氬弧焊打底預(yù)熱溫度為150℃,電焊填充蓋面預(yù)熱溫度為250℃。焊后350℃消氫,650～720℃熱處理。

熱電偶型號(hào)K型,熱電偶數(shù)量2～4根。

3 內(nèi)置式手孔焊縫熱處理的操作要點(diǎn)

首先按圖3點(diǎn)固不銹鋼薄板在集箱上點(diǎn)固點(diǎn)延A到B呈螺旋狀,再將繩狀加熱器順著不銹鋼薄板纏繞,包裹稍緊一些,緊貼聯(lián)箱表面,加熱器頭子必須露出表面,用鉛絲綁定。然后熱電偶在聯(lián)箱手孔分區(qū)對(duì)稱布置,位置緊貼聯(lián)箱,用鉛絲固定。加熱器外面包裹硅酸鋁針刺毯,包裹2～3層。焊后用硅酸鋁針刺毯將手孔封堵嚴(yán)實(shí)。操作還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

圖3 熱處理設(shè)備布置(A-A)

a)熱處理的測(cè)溫必須準(zhǔn)確可靠,應(yīng)采用自動(dòng)溫度記錄,所用儀表熱電偶及附件應(yīng)根據(jù)計(jì)量的要求進(jìn)行標(biāo)定或校驗(yàn)。

b)測(cè)溫點(diǎn)靠近手孔邊緣10 mm處,應(yīng)對(duì)稱布置在焊縫中心兩側(cè)。

c)熱處理必須采用分區(qū)控溫的辦法。

d)焊接接頭熱處理后,應(yīng)做好記錄和標(biāo)記。

4 結(jié)論

對(duì)于珠光體耐熱鋼防止冷裂紋的產(chǎn)生,首先要防止淬硬組織,同時(shí)焊后去氫,改善組織和消除應(yīng)力是避免出現(xiàn)冷裂紋的重要措施,此外,合理安排焊接順序及盡量減少焊接接頭的應(yīng)力集中程度,降低焊接殘余應(yīng)力的峰值水平也很重要,焊前預(yù)熱是焊接中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。12Cr1MoV在應(yīng)力狀態(tài)下對(duì)焊前預(yù)熱和焊后熱處理工藝較敏感。焊后一定要按規(guī)程要求正確進(jìn)行焊后熱處理。

采用輔助工具的方法來(lái)固定加熱器,并采用繩型柔性陶瓷電阻進(jìn)行加熱,不僅好控制溫度,而且避免了按聯(lián)箱的不同規(guī)格購(gòu)置定型加熱片,節(jié)約了成本,提高了工作效率。

[1] 國(guó)電電力建設(shè)研究所.DL/T 819—2002 火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程 [S].中國(guó)電力出版社,2002:3-9.

[2] 國(guó)電電力建設(shè)研究所.DL/T 869—2004 火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程 [S].中國(guó)電力出版社,2004:8-9.

[3] 錢昌黔.耐熱鋼焊接 [M].水利電力出版社,1988:210,217-218.

Technical Discussion on Internal Hand HolesWelding and Heat Treatment for Boiler Headers

LIU Yi,YUGui-fang,HE Da-wei
(No.4 Electric Power Construction Co.of SEPC,Taiyuan,Shanxi 030021,China)

The w elding prob lems are summarized based on the example p roduc t from Shanghai Boiler factory of site w elding characteristics o f internal hand holes for heating surfaceheaders.Thew eldingmethod of internal hand holes,w elding and post-welding heat treatment is imp roved to ensure the we lding quality o f the internal hand holes.

header internal hand ho les;w elding technology;heat treatmentequipment;imp rovement

TG441.8,TG444+.74

B

1671-0320(2010)01-0053-02

2009-06-30,

2009-12-16

劉 毅 (1969-),男,天津人,2001年畢業(yè)于北京大學(xué)行政管理專業(yè),焊接高級(jí)技師,從事高壓力部件的焊接工作;

于貴芳 (1967-),女,山西太原人,1989年畢業(yè)于太原理工大學(xué)焊接專業(yè),高級(jí)工程師,從事焊接工作;賀大偉 (1983-),男,重慶人,2006年畢業(yè)于太原理工大學(xué)焊接專業(yè),助理工程師,從事焊接工作。

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