鍋爐主蒸汽管道空氣管角焊泄漏原因查找

吳衛(wèi)華（湖南特檢院懷化分院　湖南懷化　418000）

鍋爐主蒸汽管道空氣管角焊泄漏原因查找

吳衛(wèi)華
（湖南特檢院懷化分院湖南懷化418000）

鍋爐角焊泄露嚴(yán)重威脅了鍋爐的安全運(yùn)行，需要針對(duì)其泄露的原因找出減少這種缺陷的方法，保證鍋爐的使用安全。本文主要從鍋爐主蒸汽管道空氣管角焊泄露出發(fā)，簡(jiǎn)述了引發(fā)泄露的原因，并且提出相應(yīng)的解決措施，以徹底消除主蒸汽管道空氣管角焊縫泄露。希望本文能為相關(guān)人員帶來(lái)一定的幫助。

鍋爐；主蒸汽管道；空氣管；角焊泄露

1　引言

在平時(shí)的生產(chǎn)生活中，鍋爐已經(jīng)成為重要的設(shè)備，在諸多方面都發(fā)揮了巨大的作用。我們知道，采用角焊縫結(jié)構(gòu)可以縮短生產(chǎn)周期、簡(jiǎn)化制造工藝以及節(jié)省費(fèi)用，但是鍋爐在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行使用之后，角焊結(jié)構(gòu)部位往往都會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，輕者影響鍋爐的使用，重者則會(huì)對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。鍋爐主蒸汽管道空氣管作為鍋爐中的重要部件，對(duì)鍋爐的使用安全具有重要影響，所以及時(shí)發(fā)現(xiàn)空氣管角焊泄露問(wèn)題，并及時(shí)排除問(wèn)題隱患是鍋爐使用的重中之重。

2　角焊縫結(jié)構(gòu)種類及應(yīng)力分析

2.1角焊縫結(jié)構(gòu)種類

角焊縫一般可定義為用焊接的方式連接兩個(gè)成直角或者一定角度的表面的焊縫結(jié)構(gòu)，焊縫的截面是一個(gè)近似的三角形。

2.1.1雙邊V形坡口的焊縫接頭

這種接頭按照實(shí)際承受載荷的情況，可以歸入對(duì)接焊縫，而對(duì)于單邊拉伸的載荷情況，則可以當(dāng)作角焊縫結(jié)構(gòu)。

2.1.2單邊V形坡口的角焊縫

這是一種可以承受設(shè)計(jì)要求載荷的單邊焊透型焊縫，這種焊縫有時(shí)又被稱為角接焊縫。為了減少焊縫缺口效應(yīng)，經(jīng)常要求在未開(kāi)坡口的一側(cè)進(jìn)行填角焊。

2.1.3不開(kāi)坡口的雙面角焊縫

這是一種輔助作用的構(gòu)件，可以承受輕微的載荷，也可能不承受任何載荷，只需要把構(gòu)件連接起來(lái)。

2.2應(yīng)力分析

因受焊縫外形、載荷分布等因素的影響，角焊縫接頭中的應(yīng)力情況比較復(fù)雜。一般可以把這些應(yīng)力扥為壓應(yīng)力、剪應(yīng)力以及拉應(yīng)力等。由于角焊縫在特殊場(chǎng)合的應(yīng)用可以節(jié)約巨大成本，所以人們總是盡可能擴(kuò)大角焊縫的使用范圍。為了降低角焊縫應(yīng)力集中帶來(lái)的不利影響，可以采取以下措施：

（1）角焊縫截面形式的優(yōu)化選擇

可以有效改善角焊縫內(nèi)的應(yīng)力分布。

（2）在角焊縫另一側(cè)內(nèi)角加背焊

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，加背焊可以有效減緩應(yīng)力集中，緩解疲勞強(qiáng)度。

（3）盡量采用全焊透結(jié)構(gòu)。

（4）其他工藝措施

可以采用一些附加的工藝措施，例如：加熱、局部加壓、預(yù)先超載、砂輪打磨等措施，這些措施都會(huì)不同程度上降低應(yīng)力集中。

3　空氣管接管角焊縫泄漏原因分析

3.1宏觀檢查

（1）首先進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查，找出泄露部位并進(jìn)行標(biāo)注。

（2）檢查空氣管、主蒸汽管道表面顏色是否有變化，并且檢查是否有過(guò)熱現(xiàn)象出現(xiàn)。

（3）檢查空氣管接管角焊縫是否是在根部產(chǎn)生，測(cè)量裂紋長(zhǎng)度，并且判斷是否是造成泄露的主要根源。

（4）檢查角焊縫泄露是否對(duì)周邊部件造成影響，如果造成影響，則需要對(duì)受損部件進(jìn)行檢查評(píng)估，并做好記錄。

3.2壁厚測(cè)量、光譜分析與滲透檢查

測(cè)量空氣管的規(guī)格、壁厚，使用光譜分析主蒸汽管材質(zhì)以及焊縫熔敷金屬，根據(jù)空氣管探傷，測(cè)量出裂紋長(zhǎng)度所占接管周長(zhǎng)比例。

3.3裂紋產(chǎn)生原因分析

主要原因預(yù)測(cè)是主蒸汽管與空氣管為不同材質(zhì)鋼材焊接連接，并且其熱處理與焊接工藝沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)主蒸汽管道與空氣管直接連接，沒(méi)有采用更加安全的加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)接管座型式。根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)預(yù)測(cè)，空氣管線走向可能布置在固定壓力管槽鋼梁與充氮壓力管之間，當(dāng)空氣管處于工作狀態(tài)時(shí)，由于來(lái)自空氣管內(nèi)部的蒸汽壓力作用在固定壓力管槽鋼梁與充氮壓力管上，致使空氣管內(nèi)部壓力膨脹受阻，進(jìn)而導(dǎo)致空氣管角焊縫開(kāi)裂泄露。圖1為空氣管線走向布置圖。

圖1　空氣管線走向布置圖

4　接管角焊縫裂紋消除方法

可以采用角向無(wú)齒鋸對(duì)焊縫根部對(duì)接管進(jìn)行割除處理，并且使用融水紙將主汽管道進(jìn)行封堵處理，需要特別注意的是，在進(jìn)行操作的過(guò)程中要防止金屬雜物掉入管道內(nèi)，操作結(jié)束后的多余焊肉需要使用角向磨光機(jī)進(jìn)行打磨去除，在打磨過(guò)程中結(jié)合滲透檢查的方法進(jìn)行檢測(cè)，直到確認(rèn)裂紋完全被去除為止。

5　焊接材料的選取及要求

（1）氬弧焊絲采用鈰鎢極，氬氣的純度應(yīng)該不低于99.99%。

（2）焊件在進(jìn)行焊接之前需要將坡口表面以及附近母材表面、內(nèi)部的銹、漆、油等雜質(zhì)清理干凈，清理標(biāo)準(zhǔn)是直至材料露出金屬光澤為止。

（3）焊條應(yīng)選用E5015-B2-V，焊絲應(yīng)該選用TIG-R31。

6　管座配制加工

（1）重新配置接管座，確定材質(zhì)、規(guī)格以及加工管段長(zhǎng)，采用機(jī)械加工的方法對(duì)坡口進(jìn)行加工，管子兩側(cè)坡口應(yīng)加工成不同角度。圖2為重新配置接管座。

圖2　重新配置接管座

（2）對(duì)加工之后的坡口內(nèi)外邊緣進(jìn)行除銹處理，結(jié)合滲透探傷檢查空氣管無(wú)毛刺、重皮、裂紋等缺陷。

（3）新的空氣管必須經(jīng)過(guò)光譜分析進(jìn)行確認(rèn)，加工之后的空氣管需要經(jīng)過(guò)表面探傷檢查合格之后才可以進(jìn)行使用。

7　空氣管座角焊縫焊接與熱處理工藝

7.1焊接環(huán)境

在進(jìn)行焊接時(shí)，需要保證主汽管道與空氣管接管內(nèi)沒(méi)有對(duì)流風(fēng)，要避免焊接場(chǎng)所有過(guò)強(qiáng)的風(fēng)力，并且焊接場(chǎng)所之內(nèi)的環(huán)境溫度要高于10℃。

7.2焊接材料的準(zhǔn)備

（1）焊絲在進(jìn)行使用之前需要進(jìn)行檢查驗(yàn)收，在經(jīng)過(guò)光譜分析之后，確認(rèn)合格的才可以使用，在焊接現(xiàn)場(chǎng)需要注意的是焊接材料應(yīng)該單獨(dú)進(jìn)行存放。

（2）焊條在進(jìn)行使用之前，需要按照要求進(jìn)行烘干處理，焊接現(xiàn)場(chǎng)使用焊條時(shí)，需要按照規(guī)定將焊條放在專用的保溫桶之內(nèi)，避免受潮，隨時(shí)用隨時(shí)取。

7.3焊前預(yù)熱溫度

接管座在進(jìn)行焊接之前可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，預(yù)熱的溫度可以控制在150~200℃之間。

7.4焊接要求

7.4.1電焊

要注意鋼的合金量相差的大小，由于熔池中金屬液體的流動(dòng)性較差，所以對(duì)焊接工藝的要求比較高，應(yīng)該采用弱規(guī)范小電流、多道多層焊，并且控制輸入的線能量等方法進(jìn)行焊接，只有這樣才可以保障焊接接頭的質(zhì)量。電焊需要采用逆向起弧，電焊填充需要防止在焊道間隨意引弧而產(chǎn)生應(yīng)力裂紋和氣孔，接頭處可以用角向砂輪機(jī)進(jìn)行打磨，收弧時(shí)需要注意的是熔池必須填滿，這樣可以保證焊接之后不會(huì)產(chǎn)生弧坑裂紋。表1為電焊蓋面焊工藝。

7.4.2氬弧焊

表1　電焊蓋面焊工藝

管座角焊采用氬弧打底，表2為氬弧焊打底焊接工藝參數(shù)。

表2　氬弧焊打底焊接工藝參數(shù)

（1）充氬保護(hù)

為了避免產(chǎn)生延遲裂紋，防止主蒸汽管道鋼焊縫根部氧化，氬弧打底焊之前必須在管道內(nèi)側(cè)進(jìn)行充氬保護(hù)。充氬保護(hù)的方法主要是將氬氣通過(guò)接管座送至主蒸汽管道的內(nèi)壁，形成密閉的氣室。

（2）焊口組對(duì)

將主蒸汽管道與空氣管接管加工坡口的一側(cè)進(jìn)行連接，對(duì)口間隙需要保持一定的合適距離，需要進(jìn)行垂直點(diǎn)固并且使用拐尺進(jìn)行校準(zhǔn)。

（3）預(yù)熱

在焊接之前可以適當(dāng)?shù)膶?duì)主蒸汽管道施焊處進(jìn)行預(yù)熱，可以采用履帶式加熱片對(duì)管道進(jìn)行整體加熱，預(yù)熱溫度150～200℃，需要注意的是，要避免溫度過(guò)高，溫度過(guò)高會(huì)危害焊縫金屬的韌性。

（4）送絲均勻

收頭時(shí)要把電流減下來(lái)，要避免根部突出，填滿弧坑之后需要移向坡口邊沿收弧，這樣可以有效避免弧坑裂紋。可以使用角向砂輪機(jī)或者是鋼鋸條對(duì)焊縫進(jìn)行清理，需要注意的是盡量避免重力打擊焊縫。

（5）控制溫度

控制好道、層之間的溫度，如果溫度過(guò)高，容易造成焊縫韌性降低，層間溫度最好控制在220～250℃，或者在降低一點(diǎn)之后再繼續(xù)進(jìn)行焊接。

（6）需要隨時(shí)調(diào)整充氬方向并觀察焊縫背面的情況。

（7）保證厚度

打底焊時(shí)要盡量保證焊縫厚度，首先可以保證根部焊縫的氧化程度變慢，其次可以防止焊縫被電弧焊填充時(shí)燒穿。

（8）每層焊道厚度以焊條直徑為宜，采用弱規(guī)范小電流多到多層焊接。

7.5焊后熱處理工藝

熱處理的溫度為740～760℃，溫升溫降在100～150℃左右，在進(jìn)行焊接之后需要緩冷至100～150℃并進(jìn)行保溫，保溫約2h，300℃以下可以不控制，自由冷卻至室溫。

8　熱處理質(zhì)量、焊接質(zhì)量檢查

8.1硬度檢驗(yàn)

對(duì)管座角焊縫進(jìn)行硬度檢測(cè)，標(biāo)準(zhǔn)為GB/T17394。

8.2磁粉檢查對(duì)空氣管接管管座進(jìn)行磁粉探傷，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為JB/T473.-

2005。

9　主蒸汽管道修復(fù)

將損壞的主蒸汽管道使用角向砂輪機(jī)進(jìn)行打磨過(guò)度，經(jīng)超聲波和滲透檢測(cè)無(wú)缺陷之后，檢測(cè)強(qiáng)度，如強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，則不必進(jìn)行補(bǔ)焊。

10　結(jié)語(yǔ)

鍋爐作為生產(chǎn)生活中的重要設(shè)備，對(duì)我們生產(chǎn)生活具有重要作用，保障鍋爐的使用安全是鍋爐使用的重要方面。鍋爐主蒸汽管道空氣管作為鍋爐中的重要部件，對(duì)鍋爐的使用安全具有重要影響，在實(shí)踐中，只要嚴(yán)格按照要求進(jìn)行施焊，加強(qiáng)對(duì)焊接接頭的監(jiān)督檢測(cè)就可以防止故障的出現(xiàn)，所以及時(shí)發(fā)現(xiàn)空氣管角焊泄露問(wèn)題，就可以保證機(jī)組長(zhǎng)期安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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TG441.7

A

1673-0038（2015）52-0055-03

2015-12-12

吳衛(wèi)華（1967-），男，工程師，本科，主要從事特種設(shè)備檢測(cè)工作。