煤粉鍋爐水冷壁的焊接方法探究

李波濤，江一平，霍雅潔

(中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)公司，河南 洛陽(yáng)471000)

煤粉鍋爐水冷壁的焊接方法探究

李波濤，江一平，霍雅潔

(中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)公司，河南 洛陽(yáng)471000)

在煤粉鍋爐水冷壁管屏的管集箱和管排焊接時(shí)，有時(shí)由于處理不當(dāng)會(huì)造成管屏產(chǎn)生波浪變形，個(gè)別鰭片出現(xiàn)密封裂紋等缺陷。另外，由于焊接時(shí)空間位置的限制，操作相當(dāng)困難。為了保證管集箱和管排的焊接質(zhì)量，減少焊接缺陷，更方便地進(jìn)行焊接操作，設(shè)計(jì)了一種新型焊接方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)焊接試驗(yàn)。對(duì)焊接試樣的檢測(cè)結(jié)果表明，該焊接方法可以取得較好的焊接效果，檢測(cè)一次合格率達(dá)到95％。

焊接；壓力容器；水冷壁；波浪變形

煤粉鍋爐屬于鍋爐和壓力容器的一種，為換熱容器。煤粉鍋爐水冷壁的主要作用是使工作介質(zhì)在容器內(nèi)進(jìn)行熱交換。2015年，中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)公司參與了玉門水電廠煤粉鍋爐施工，該鍋爐爐膛是用材質(zhì)為20G的管集箱和管排焊接在一起形成水冷壁。其中管排由與集箱管口數(shù)相同的Φ60mm×5mm鋼管組成，中間用同種材質(zhì)的扁鐵進(jìn)行焊接。每排水冷壁焊口有19～64道不等，且焊口之間的間距為20mm。煤粉鍋爐水冷壁管屏在施工現(xiàn)場(chǎng)組合過(guò)程中，在管集箱和管排的焊接時(shí)，有時(shí)由于處理不當(dāng)會(huì)使管屏出現(xiàn)嚴(yán)重的波浪變形，個(gè)別鰭片甚至?xí)a(chǎn)生密封裂紋等缺陷。另外，由于焊接時(shí)空間位置的限制，操作相當(dāng)困難。為了減少焊接缺陷、更方便地進(jìn)行焊接操作，筆者設(shè)計(jì)了一種新型焊接方式，采用該焊接方式取得了較好的焊接效果。

1 焊前準(zhǔn)備

1.1 焊前客觀因素分析

由于采用了組焊的焊接方法，通過(guò)對(duì)粉煤灰水冷壁的組成結(jié)構(gòu)和材質(zhì)分析，認(rèn)為此次焊接過(guò)程中容易遇到以下問(wèn)題：一是組對(duì)錯(cuò)口過(guò)大，管排在制造中由于扁鐵寬度、焊接應(yīng)力及焊接位置誤差造成管中心間距不一致，另外，在運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)造成變形，進(jìn)而反映在組焊時(shí)焊口上下、左右錯(cuò)口過(guò)大；二是組對(duì)間隙變化，管排和集箱組焊時(shí)一次組對(duì)焊口數(shù)量為19～64不等，如果定位焊順序及點(diǎn)焊位置不合適，都會(huì)影響組對(duì)間隙的均勻性，使間隙變小、甚至擠死，這樣就必須把已定位好的焊口磨開(kāi)重新組對(duì)。

1.2 材料選用

(1)鋼管。水冷壁材質(zhì)為20G，鋼管規(guī)格為Φ60mm×5mm，整個(gè)水冷壁分為6扇管屏，每扇管屏都有89根鋼管，管與管之間的焊縫間距為20mm。

(2)焊接設(shè)備和焊材。選用奧泰ZX700D逆變直流焊機(jī)，焊材選用TIG-J50焊絲和J427焊條，規(guī)格均為Φ2.55mm，保護(hù)氣體為氬氣，純度不低于99.95％。

1.3 焊前材料處理

焊前用打磨機(jī)將水冷壁管排待焊坡口內(nèi)外兩側(cè)距端頭15mm的范圍打磨光滑，直至露出金屬光澤，打磨好的焊口若不能及時(shí)焊接，需用防銹液涂刷。焊接接頭的坡口形式如圖1所示。由圖1可見(jiàn)，對(duì)焊坡口為帶鈍邊的單邊V形坡口，坡口角度45°，焊縫間隙為20mm。焊前將鋼管兩端用管塞堵住，防止焊接時(shí)穿管風(fēng)影響氬氣的保護(hù)效果。

圖1 對(duì)焊接頭的坡口形式

2 水冷壁焊接工藝

2.1 焊前調(diào)整

水冷壁由于制造及運(yùn)輸?shù)脑?，管口組對(duì)時(shí)錯(cuò)口較大，必須進(jìn)行校正。首先在組對(duì)前用粉線對(duì)管排及管集箱管口進(jìn)行測(cè)量并修復(fù)，保證所有管口在同一個(gè)水平面，再根據(jù)錯(cuò)口的大小，參照成排管的外觀尺寸，把鋼管之間的扁鐵切割開(kāi)一定間距，左右錯(cuò)口用三角木加外力來(lái)調(diào)整，上下錯(cuò)口用氧氣乙炔火焰校正或用撬棍調(diào)整，以便達(dá)到滿意的對(duì)口及成排管整體尺寸要求。

2.2 組焊操作方法

2.2.1 定位

定位時(shí)要考慮焊接過(guò)程中由于熱脹冷縮而造成的收縮變形，若定位順序不對(duì)，會(huì)使裝配好的間隙變小，甚至擠死。因此，操作中先定位管屏中兩端及中間的3根焊管，固定后控制好成排的整體尺寸，然后左右對(duì)稱交錯(cuò)定位其他焊口。定位過(guò)程中注意觀察未定位的焊口變化，先定位間隙小的，這樣可以避免因焊接變形而導(dǎo)致間隙過(guò)小的焊縫出現(xiàn)擠死現(xiàn)象。

2.2.2 點(diǎn)位焊

點(diǎn)位焊必須按工藝要求，所使用的焊絲應(yīng)和正式焊接所使用的焊絲相同。因該焊件要求單面焊雙面成形，故定位焊必須焊透。點(diǎn)位焊縫不能過(guò)大，以免焊接到定位焊縫接頭處，根部熔合不良而產(chǎn)生斷頭或未熔合。特別是水平位置應(yīng)增大定位焊縫的修磨坡口，兩端成斜坡?tīng)?，以便焊至此處時(shí)，使焊縫接頭過(guò)渡良好。點(diǎn)位焊位置必須在12點(diǎn)和6點(diǎn)位置，現(xiàn)場(chǎng)施工照片如圖2所示。

圖2 點(diǎn)位焊各點(diǎn)位置及現(xiàn)場(chǎng)施工照片

2.2.3 打底焊和蓋面焊

因?yàn)楹缚诔膳艩钋液缚谥g的間隙過(guò)小，焊口分3點(diǎn)和9點(diǎn)上下兩部分焊接。下半部分6點(diǎn)到3點(diǎn)、6點(diǎn)到9點(diǎn)位置焊接時(shí)，管排下面焊絲送不到位，需要兩名焊工相互配合，一名焊工在下面拿焊槍擺動(dòng)，一名焊工在管排上面看熔池狀況遞送焊絲。送絲方式需根據(jù)不同位置來(lái)調(diào)整，目的是保證仰焊位置不凹陷，平焊位置不產(chǎn)生焊瘤。由于仰焊位置熔池溫度低，焊接時(shí)焊絲熔滴應(yīng)滴在熔池后方。平焊位置因?yàn)橹亓ψ饔?，并且焊接到此位置管子溫度最高，熔池容易下墜，所以熔滴滴在坡口根部相比其他位置要少，從而防止了焊瘤的形成。蓋面焊采用手工電弧焊，焊條為J507，一般要求打底焊完成后立即進(jìn)行蓋面焊，若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，蓋面焊前要求用氧氣乙炔加熱除去水分，并清理可能出現(xiàn)的銹、泥等雜物。

2.3 焊后處理

每道焊口焊接完成后都要進(jìn)行返修。磨光機(jī)能打磨到的地方和一般返修方法一樣，磨光機(jī)打磨不到的位置則用直磨機(jī)安裝錐形合金頭進(jìn)行打磨。為避免直磨機(jī)打磨導(dǎo)致根部間隙過(guò)大，坡口角度和根部間隙處用三角銼修磨為佳。

2.4 焊接注意事項(xiàng)

(1)焊接時(shí)要采用具有起弧和滅弧衰減功能的高頻引弧，且具有提前送氣和滯后送氣功能的焊機(jī)。焊槍要選用槍頭能轉(zhuǎn)動(dòng)的軟頭。焊接過(guò)程中要在3點(diǎn)和9點(diǎn)位置調(diào)節(jié)焊槍傾斜角度，目的是避免收弧不當(dāng)產(chǎn)生弧坑裂紋和縮孔。

(2)為了操作安全，焊接胎具要牢固可靠，且離地面高度為800mm左右；使用磨光機(jī)和直磨機(jī)修磨時(shí)要用力均勻，以免用力過(guò)猛對(duì)操作人員造成傷害。

3 結(jié)論

(1)焊接過(guò)程中，要嚴(yán)格控制好焊機(jī)的電壓，且要保證焊前保護(hù)氣體到位，這是保證焊接質(zhì)量的前提。

(2)該方法前期的組對(duì)和準(zhǔn)備條件必須嚴(yán)格按照要求執(zhí)行，打底焊過(guò)程中兩個(gè)人必須配合默契。

(3)焊后處理必不可少，這是探傷檢測(cè)前的最后一道工序，一定要細(xì)心。

(4)使用該方法焊接取得了滿意的效果，檢測(cè)一次合格率達(dá)到95％。

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Pulverized Coal Fired Boiler Water Wall Welding Method Exploration

LI Botao，JIANG Yiping，HUO Yajie
(China National Petroleum First Construction Company,Luoyang 471000,Henan,China)

During tube header and tube bundle welding of pulverized coal fired boiler water wall tube,sometimes due to improper handling can cause severe wave tube deformation,individual fins seal defects such as cracks.In addition,because of the limitation of space position during welding,the operation is very difficult.In order to ensure the welding quality of tube header and tube bundle,reduce welding defects,more easily to conduct welding operation,a new welding way was designed.And the site-welding experiment for this welding way was carried out.The test results of welding sample showed that this welding method can obtain good effect,and once qualified rate reached 95％.

welding;pressure vessel;water wall;wave transformation

TG406

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.09.015

李波濤(1975—),男,河南洛陽(yáng)人,中國(guó)石油天然氣第一建設(shè)公司高級(jí)技師,主要從事施工現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝研究。

2016-06-06

羅 剛