工業(yè)鍋爐鍋筒管道脹接改焊接技術(shù)應(yīng)用

郭振華

(中電投電力工程有限公司，上海 200233)

某新建電廠工程項(xiàng)目的啟動(dòng)鍋爐為雙鍋筒橫向布置自然循環(huán)工業(yè)鍋爐，該鍋爐的汽包對(duì)流管束及汽包水冷壁接口為脹管式安裝。在啟動(dòng)鍋爐安裝過程中，考慮到近年來(lái)管道脹接技術(shù)在電力行業(yè)較為少用，已趨于淘汰，電力建設(shè)施工單位缺少技術(shù)的人員和設(shè)施，且脹接管道在日后鍋爐運(yùn)行中如出現(xiàn)泄漏，維護(hù)檢修難度大，如搶修時(shí)采用補(bǔ)焊將因焊接應(yīng)力造成附近區(qū)域管子連鎖式泄漏，為使鍋爐在運(yùn)行期間安全平穩(wěn)運(yùn)行，出現(xiàn)事故時(shí)能夠提高電廠檢修效率，對(duì)鍋筒管道安裝方式進(jìn)行了專項(xiàng)探討，研究將鍋筒脹管式安裝改為手動(dòng)全氬弧焊接。

1 對(duì)鍋筒、管板插入式管子的焊接方案探討

1.1 鍋爐鍋筒管道的規(guī)格

鍋爐鍋筒本體材質(zhì)為Q245R(GB 713)，管材為20(GB 3087)，本次更改范圍為:對(duì)流管束、水冷壁與上、下鍋筒接口，其中對(duì)流管束管道規(guī)格為φ57×3，焊口上、下各549道，水冷壁管道規(guī)格為φ60×3，共計(jì)84道，鍋爐鍋筒鉆孔為φ57+0.70－0.00和φ60+0.70－0.00兩種規(guī)格。

1.2 焊縫形成和工作狀態(tài)分析

1)因管子與管板間存在一定間隙，焊接完成后，焊縫中存在一定的焊接應(yīng)力。在一定的誘發(fā)條件下，可能沿焊接應(yīng)力方向擴(kuò)展，進(jìn)一步形成裂紋。

2)焊接熱影響區(qū)根據(jù)組織特征分為熔合區(qū)、過熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)，其中過熱區(qū)是晶粒粗大的過熱組織(魏氏組織)，其塑性很差，特別是沖擊韌性比基本金屬低25%～30%，是焊接接頭中的薄弱區(qū)域。對(duì)于壁厚為3 mm的管子，焊縫下部完全處在熱影響區(qū)的過熱區(qū)中(過熱區(qū)的平均尺寸為2.2 mm～3.0 mm)，在受到?jīng)_擊或振動(dòng)且沖擊或振動(dòng)超過某一值時(shí)，易在該處產(chǎn)生裂紋、裂縫，甚至造成滲漏。

3)鍋爐在使用過程中，因頻繁的開爐停爐，焊接接頭反復(fù)受到熱脹冷縮的影響，極易產(chǎn)生疲勞破壞。

4)在有關(guān)資料及運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)該處焊縫易產(chǎn)生泄露(尤其是鍋筒內(nèi)部焊縫)。因此該處焊接接頭應(yīng)具有相當(dāng)好的綜合機(jī)械性能，才能滿足其惡劣的工作環(huán)境需要。

1.3 改進(jìn)措施

1)減少焊接線能量:線能量過大，會(huì)引起熱影響區(qū)過熱，使晶粒粗大，降低焊接接頭的抗裂性能。因此，在保證焊接質(zhì)量的前提下，采用小電流快速焊接，本方案預(yù)采用氬弧焊，減少焊接線能量的輸入，以改善熱影響區(qū)的組織性能，提高焊接接頭的抗裂性能。

2)消除間隙:焊接前進(jìn)行預(yù)脹，消除管子與管板的間隙，增加焊縫的拘束度，提高焊縫的抗裂性能。

3)避免共振:在運(yùn)輸過程中(特別是長(zhǎng)途運(yùn)輸、路況差的情況下)盡量減輕車與鍋爐的振動(dòng)，避免共振現(xiàn)象出現(xiàn)(共振極可能造成鍋爐部分部件產(chǎn)生破壞)。

4)采用焊接工藝性更好的焊條，方案預(yù)使用焊絲型號(hào)為TIGJ50，電流90 A～130 A，進(jìn)一步提高焊接接頭的綜合機(jī)械性能。

5)進(jìn)行焊工培訓(xùn)，提高操作技能和質(zhì)量意識(shí)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

2 焊接工藝方案實(shí)例

1)按鍋爐角焊縫強(qiáng)度計(jì)算方法(JB/T 6734-1993)第3.2.1要求:角焊縫焊腳最小尺寸不得小于管道壁厚，故焊縫高度嚴(yán)格控制為3 mm≤k≤5 mm。

2)為防止因焊接而導(dǎo)致汽包熱力變形，汽包兩側(cè)前后向第一排管先焊接，已達(dá)到固定上、下汽包的作用，其他焊口采取花式焊接，花焊情況如圖1所示。

3)施工機(jī)械、設(shè)備的配置:a.機(jī)具、工具:配備ZX7-400電焊機(jī)5臺(tái)。每名焊工需配備焊鉗、焊帽、扁鏟、手錘、鋼絲刷、工具袋、白光眼鏡、氬弧焊把各一個(gè)。焊接所用的焊機(jī)工作參數(shù)穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活，焊接所用工具經(jīng)檢查完好無(wú)損，能夠充分滿足現(xiàn)場(chǎng)焊接施工要求。采用溶劑去除型著色探傷劑，型號(hào)為DPT-5，套裝。b.焊前準(zhǔn)備:所用焊接材料必須有質(zhì)量合格證明、出廠日期證明。施工場(chǎng)所安全，設(shè)施齊全、規(guī)范;必須做好可靠的防風(fēng)、防雨措施。所有焊接施工人員施工前，認(rèn)真熟悉本方案內(nèi)容，并對(duì)施工人員進(jìn)行施工技術(shù)交底，明確施焊部件材質(zhì)、工藝、選用的焊接材料。焊絲使用前應(yīng)清除銹、垢和油圬，露出金屬光澤，使用跟蹤記錄。鎢極氬弧焊采用WCe，所用氬氣純度不小于99.95%。入庫(kù)的焊材按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行保管，庫(kù)房干燥通風(fēng)，溫度控制大于5℃，相對(duì)濕度小于60%，并應(yīng)配備除濕機(jī)、電加熱器、溫濕度表等。管子對(duì)口前必須進(jìn)行拋光，使管口及深入汽包內(nèi)部焊接部分管壁無(wú)鐵屑，泥土雜物，呈現(xiàn)金屬光澤，并無(wú)超標(biāo)、劃痕等影響焊口質(zhì)量的因素出現(xiàn)。管子拋光后必須進(jìn)行通球試驗(yàn)，φ51×3的對(duì)流管選用φ34鋼球;φ60×3的水冷壁管選用φ40鋼球。通球試驗(yàn)后對(duì)管口進(jìn)行防銹處理后密封放置在安全平穩(wěn)的平臺(tái)上待用。焊接前對(duì)汽包內(nèi)部及焊口進(jìn)行清理，用抹布蘸橡膠水進(jìn)行反復(fù)擦洗至光亮無(wú)雜物。焊接施工人員在正式上崗前進(jìn)行與實(shí)際條件相適應(yīng)的模擬練習(xí)，所焊樣品報(bào)由質(zhì)檢、監(jiān)理檢查合格后可進(jìn)行正式施工。

圖1 花焊管子示意圖

4)勞動(dòng)力計(jì)劃:本項(xiàng)工程配備焊接人員4人，焊接工作人員必須經(jīng)《焊工技術(shù)規(guī)程》考核合格，并取得相應(yīng)資格證書;施工人員需具備較高的操作技能和良好的焊接施工工藝作風(fēng)。

5)焊接施工方案措施:a.焊接施工作業(yè)流程:全氬弧作業(yè)流程:管道就位、打磨坡口→對(duì)口裝配→焊口預(yù)熱(不預(yù)熱)→焊接→自檢→專檢→無(wú)損檢驗(yàn)(射線、超聲波、硬度、光譜)→合格(不合格重新進(jìn)行預(yù)熱、焊接、熱處理、檢驗(yàn))→工地班組驗(yàn)收→三級(jí)驗(yàn)收→四、五級(jí)驗(yàn)收。b.焊接施工要求:鍋筒本體材質(zhì)為 Q245RGB713，管材為20(GB 3087)，故采用氬弧焊接。焊絲型號(hào)TIGJ 50，電流90 A～130 A。焊口形式如圖2所示。對(duì)口要求:對(duì)口時(shí)，坡口處兩側(cè)10 mm～15 mm范圍應(yīng)打磨干凈，除盡油、漆、垢、銹等，直至露出金屬光澤，以保證焊縫焊接質(zhì)量。坡口內(nèi)及邊緣20 mm內(nèi)母材無(wú)裂紋、重皮、坡口破損及毛刺等缺陷。管子對(duì)口時(shí)除特殊要求外不得有附加應(yīng)力，呈自由狀態(tài)，以減小焊接應(yīng)力，防止裂紋產(chǎn)生。不得強(qiáng)制對(duì)口，不得對(duì)焊接接頭進(jìn)行加熱校正和組對(duì)焊口。管子對(duì)口時(shí)一般應(yīng)平直，管子端面與管子中心線的偏斜度要求:管子外徑φ(mm)≤60，Δf=0.5;嚴(yán)格控制管子深入汽包長(zhǎng)度在5 mm～6 mm之間，因原設(shè)計(jì)為脹管，所以設(shè)備留有較長(zhǎng)的脹管余量，安裝時(shí)以上汽包為基準(zhǔn)，探入下汽包的多余部分用角向細(xì)致切掉。c.滲透探傷:檢測(cè)表面制備:工件被檢表面不得有影響滲透檢測(cè)的鐵銹、氧化皮、焊接飛濺、鐵屑、毛刺以及各種防護(hù)層。被檢工件加工表面粗糙度RA≤12.5 μm，被檢工件非加工表面的粗糙度可適當(dāng)放寬，但不得影響檢測(cè)結(jié)果。局部檢測(cè)時(shí)，準(zhǔn)備工作范圍應(yīng)從檢測(cè)部位四周擴(kuò)張25 mm。檢測(cè)工藝和檢測(cè)技術(shù):預(yù)清洗:采用溶劑或洗滌劑清洗工件表面，如確有需要可進(jìn)行酸洗或堿洗，然后進(jìn)行滲透檢測(cè)，清洗后檢測(cè)面上遺留的溶劑和水分等必須干燥且應(yīng)保證在施加滲透劑前不被污染。施加滲透劑:施加方法:噴涂，用靜電噴涂裝置直接對(duì)焊縫或被檢面噴涂。滲透時(shí)間及溫度:在10℃～15℃的溫度條件下，滲透持續(xù)時(shí)間一般不少于10 min。去除多余的滲透劑:采用清洗劑去除，一般先用干燥、潔凈不脫毛的布依次擦拭直至大部分多余滲透劑被去除后，再用蘸有清洗劑的干凈、不脫毛的布或紙進(jìn)行擦拭，直至將被檢面上多余的滲透劑全部擦凈，但應(yīng)注意不得往復(fù)擦拭，不得用清洗劑直接在被檢面上沖洗。干燥處理:室溫下自然干燥，時(shí)間通常為5 min～10 min。施加顯像劑:噴涂顯像劑時(shí)，噴嘴離被檢面距離為300 mm～400 mm，噴涂方向與被檢面表面角為30°～40°，顯像時(shí)間一般不少于7 min。觀察:觀察顯示應(yīng)在顯像劑施加后7 min～60 min內(nèi)進(jìn)行。著色滲透檢測(cè)時(shí)，缺陷顯示的評(píng)定應(yīng)在白光下進(jìn)行，通常工件被檢面處白光照度不小于1 000 Lx，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)采用便攜式設(shè)備檢測(cè)，由于條件所限無(wú)法滿足時(shí)，可見光照度可以適當(dāng)降低，但不得低于500 Lx。辨認(rèn)細(xì)小顯示時(shí)，可用5倍～10倍放大鏡觀察，必要時(shí)應(yīng)重新進(jìn)行處理，檢測(cè)。后清洗:工件檢測(cè)完畢后應(yīng)進(jìn)行后清洗，以去除對(duì)以后使用或?qū)Σ牧嫌泻Φ臍埩粑?。缺陷顯示的分類和記錄:顯示分為相關(guān)顯示、非相關(guān)顯示和虛假顯示，非相關(guān)顯示和虛假顯示不必記錄和評(píng)定。小于0.5 mm的顯示不計(jì)，除確認(rèn)顯示是由外界因素或操作不當(dāng)造成的之外，其他任何顯示均應(yīng)作為缺陷處理。缺陷顯示在長(zhǎng)軸方向與工件(軸類或管類)軸線或母線的夾角不小于30°時(shí)，按橫向缺陷處理，其他按縱向缺陷處理。長(zhǎng)寬比大于3的缺陷按線性缺陷處理，長(zhǎng)寬比不大于3的缺陷按圓形缺陷處理。兩條或兩條以上的缺陷線性顯示在同一條直線上且間距不大于2 mm時(shí)，按一條缺陷顯示處理，其長(zhǎng)度為兩條缺陷顯示之和加間距。

圖2 焊口形式示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

本次鍋筒管道安裝方式更改按以上方案實(shí)施以后效果非常好，在水壓試驗(yàn)過程中未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)，鍋爐運(yùn)行2年也未發(fā)生泄漏事故。

［1］JB/T 6734-1993，鍋爐角焊縫強(qiáng)度計(jì)算方法［S］.