超臨界機(jī)組受熱面密封焊接變形分析與控制

王世強(qiáng)，張宏偉，張 媛

（山西省電力公司電力建設(shè)四公司，山西 太原 030012）

0 引言

國電霍州發(fā)電廠2×660 MW“上大壓小”工程，鍋爐由東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司設(shè)計(jì)制造，型號(hào)為DG-2030／25.4-Ⅱ9，型式為超臨界參數(shù)變壓直流本生鍋爐，一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱氣溫，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架、全懸吊機(jī)構(gòu)，平衡通風(fēng)、露天布置，前后墻對(duì)沖燃燒。鍋爐爐膛寬19.419 2 m，從前水冷壁到后包墻深31.906 m，水冷壁管子規(guī)格φ31.8×9、φ38.1×7.5，鰭片規(guī)格650 mm×19 mm/12.7 mm×6 mm；包墻過熱器管子規(guī)格φ38.1×9，鰭片規(guī)格100 mm×76.2 mm×6 mm；材質(zhì)均為15CrMoG，焊材選用TIG-R30、R307。一般組件寬度為12～18 m進(jìn)行上下管排對(duì)口焊接，在焊口兩側(cè)加塞密封條進(jìn)行施焊。

1 現(xiàn)狀

介于超臨界及超超臨界機(jī)組中鍋爐受熱面管子具有管壁厚、管徑小、管間距小等不同于亞臨界機(jī)組的特點(diǎn)，在進(jìn)行密封焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊接變形，直接影響焊口組對(duì)、剛性梁的安裝和爐膛的合攏質(zhì)量，對(duì)施工進(jìn)度和機(jī)組運(yùn)行造成影響。

國電霍州發(fā)電廠2×660 MW“上大壓小”工程，水冷壁管屏、包墻過熱器管屏組合多為地面組合。在前期的密封焊接施工中由于為了搶工期，未采取相應(yīng)的防變形措施，導(dǎo)致管屏焊后嚴(yán)重的焊接變形，主要變形形式為向上或向下角變形和波浪變形。

2 原因分析

在焊接工作中，由于焊縫自身的橫向收縮和縱向收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力都會(huì)對(duì)組件產(chǎn)生不同程度的變形。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況以及焊接工藝等因素分析，造成變形的原因主要有以下幾點(diǎn)。

a）由于超臨界、超超臨界機(jī)組都存在管壁厚、管徑小、管與管之間間隙小等客觀因素，這樣就會(huì)造成局部需要施焊，焊縫過度集中，管子和鰭片的膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致膨脹和收縮量不同，焊接應(yīng)力得不到釋放導(dǎo)致焊接變形。

b）對(duì)口、拼縫時(shí)過大地施加外力，加大了焊縫周圍不定項(xiàng)的殘余應(yīng)力，在密封焊時(shí)殘余應(yīng)力的釋放會(huì)導(dǎo)致管排的焊接變形。

c）管排鰭片的平均厚度為δ=6 mm，鋼板厚度薄，塞縫不平整，存在彎折，偏離管子中心線，焊接時(shí)容易引起變形。

d）同組件上同時(shí)大面積進(jìn)行密封施焊，單位時(shí)間內(nèi)熱輸入量過大引起焊接熱變形。

e）焊接順序不當(dāng)，部分收縮量得不到有效的控制，焊接過程中缺少剛性固定控制措施。

f）跳焊不均勻，整個(gè)管排的密封存在局部管子周圍的密封未焊，當(dāng)已焊部分收縮時(shí)會(huì)使未焊部分的管子受擠壓而變形。

g）焊條規(guī)格選擇不合理，焊接參數(shù)大，焊接熱輸入太大，會(huì)導(dǎo)致焊縫局部位置單位時(shí)間內(nèi)收縮量過大而變形。

3 變形控制措施

針對(duì)以上原因，逐條制定出有針對(duì)性的解決措施，防止組件變形超標(biāo)，即最大變形量控制在5 mm以內(nèi)。

3.1 平臺(tái)搭設(shè)

根據(jù)水冷壁和包墻過熱器管排的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求平臺(tái)除了平整度外，還要考慮管排對(duì)口，既要保證施工中鐵工和焊工的工作空間，還要控制對(duì)口處兩根橫梁間距，有利于控制焊接變形，所以間距控制在1.2～1.5 m之間，擺放管屏?xí)r把上下管屏對(duì)口處放置于對(duì)口處橫梁的中心,平臺(tái)搭設(shè)方式如圖1所示。

圖1 平臺(tái)搭設(shè)示意圖（俯視）

3.2 密封焊縫的切割和塞縫

在焊口前為了更好地保證焊口對(duì)口質(zhì)量，通常將管排密封鰭片進(jìn)行切割，要嚴(yán)格控制切割工藝，保證密封焊縫的齊整度和間隙，并將背部的氧化鐵清理干凈。焊口檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行密封塞縫，由于焊縫余高的影響，對(duì)密封塞塊要進(jìn)行特殊處理，保證密封條加塞要平整、緊湊，控制好密封的塞縫質(zhì)量。

3.3 做好技術(shù)交底

對(duì)所有施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，切割工和焊工要持證上崗，對(duì)防止管排焊接變形的措施要充分掌握，焊接技術(shù)人員和焊接質(zhì)檢員進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控和實(shí)際指導(dǎo)。

3.4 焊接材料和焊接規(guī)范

為了降低焊接時(shí)的熱輸入，采取小范圍焊接，建議使用直徑為φ3.2 mm或φ2.5 mm的焊條進(jìn)行焊接，焊接電流小于110 A，在保證焊接接頭強(qiáng)度的前提下，要求焊工減小焊條擺動(dòng)的寬度。

3.5 合理調(diào)整焊縫的焊接順序

分散對(duì)稱焊接，同一組件上焊工分散要均勻，采取間隔跳焊的方式進(jìn)行施焊，次條焊縫與上條焊縫的間距至少為250 mm，且跳焊要均勻，對(duì)于具備雙面施焊條件的焊縫盡量采用雙人對(duì)稱焊的方法。

焊接順序待全部點(diǎn)焊后按照圖2焊縫編號(hào)，焊接順序依次為：焊縫①→焊縫②→焊縫③（隔4塊跳一次） →焊縫④（隔4塊跳一次），焊接方向按照圖示的箭頭走向。

圖2 焊接順序圖

3.6 采取剛性固定的措施

采取剛性固定的措施，使管屏受力合力為零（∑F=mg+N=0），剛性固定方式主要有：在地面組合的管屏，應(yīng)在管排下面做好支撐，來抵消其管排自身的重力來達(dá)到合力為零，避免其自身重力為焊縫收縮起引導(dǎo)力的作用；采用管屏上加壓重物或用手動(dòng)葫蘆等方式來限制管屏的自由膨脹，達(dá)到剛性固定的目的。

4 措施實(shí)施后取得的成效

經(jīng)過以上幾方面的控制措施，基本控制住了組件的焊接變形，組合后的組件平整度偏差在±5 mm之內(nèi)，且工藝優(yōu)良、外觀美觀，達(dá)到了工地、項(xiàng)目部及公司規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，收到了預(yù)期的效果。但隨著鍋爐設(shè)計(jì)制造技術(shù)不斷地提高，以后鍋爐受熱面的管屏將更趨于管徑更小、管壁更厚，需要在施工過程中根據(jù)現(xiàn)場情況靈活掌握，以逐步提高控制焊接變形的能力[1-2]。

［1］ 國電電力建設(shè)研究所.DL/T869—2004火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2004：36-37.

［2］ 天津電力建設(shè)公司，山東電力建設(shè)第二工程公司.DL/T 5210.2—2009電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2009:166-167.