淺析鍋爐受熱面低合金鋼密封焊接質(zhì)量控制

摘 要：某電廠鍋爐受熱面低合金鋼密封焊接施工正值冬季，溫度低、冷卻速度快，導(dǎo)致密封部位出現(xiàn)了不同程度的焊接裂紋。為了保證其安裝焊接質(zhì)量，確保機組安全性、可靠性、經(jīng)濟性，通過現(xiàn)狀調(diào)查對其產(chǎn)生的原因進行分析，并研究制定最佳解決方案，經(jīng)現(xiàn)場實施和質(zhì)量控制，有效避免了焊接裂紋的產(chǎn)生，保證了受熱面密封的焊接質(zhì)量，為機組的安全、穩(wěn)定運行提供了保證。

關(guān)鍵詞：鍋爐受熱面；受熱面密封；焊接；質(zhì)量控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.152

1 引言

某熱燃煤機組鍋爐受熱面密封焊接部件材質(zhì)主要為低合金鋼15CrMo、12Cr1MoV，由于焊接施工正值冬季，溫度低、冷卻速度快，導(dǎo)致密封部位出現(xiàn)了不同程度的焊接裂紋。通過對受熱面密封焊接情況進行調(diào)查統(tǒng)計，以每兩根管之間的密封做為一處檢查點，抽查100處，在該段內(nèi)存在N處裂紋，則該段裂紋發(fā)生率為N/100×100%，經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)受熱面密封中裂紋發(fā)生率達11.7%。

由于焊接裂紋是一種常見并且危險性極大的焊接缺陷，在焊接應(yīng)力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接頭中局部位置的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面而產(chǎn)生縫隙。為此，必須找出裂紋產(chǎn)生的原因，制定解決方案，保證受熱面密封的焊接質(zhì)量，為機組的安全、穩(wěn)定運行提供保證。

2 原因分析

通過現(xiàn)狀調(diào)查對焊接裂紋的產(chǎn)生原因進行分析：

（1）焊件表面清理不徹底。通過檢查現(xiàn)場密封焊接區(qū)域、密封塞塊等表面是否將油污漆銹清理干凈，焊接區(qū)20mm范圍內(nèi)有無異物，并隨機抽查523處經(jīng)打磨后待焊區(qū)域的表面光潔度，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)打磨后的表面光潔度合格率僅為89.5%。

（2）焊接順序不當(dāng)，導(dǎo)致應(yīng)力集中。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)：由于現(xiàn)場未能按擬定的焊接順序進行焊接作業(yè)導(dǎo)致焊接應(yīng)力過大，從而加大了裂紋發(fā)生傾向，由于焊接順序不當(dāng)，應(yīng)力過于集中，導(dǎo)致受熱面嚴(yán)重變形，不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的角變形≦1/100。

（3）層間溫度高、熱輸入過大。安排專人現(xiàn)場調(diào)查并統(tǒng)計焊接層間溫度及電流使用情況測量，層間溫度和焊接電流都超過了DL/T869《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》規(guī)定要求：Φ3.2mm焊條電流范圍90A-120A；Φ4.0mm焊條電流范圍130A-170A；12Cr1MoV材質(zhì)鋼焊接層間溫度范圍200℃-300℃。

（4）焊后未緩冷處理。由于正值冬季施工，溫度低，使得焊縫冷卻速度過快，金屬熔液中的氫來不及溢出，增加了裂紋的發(fā)生率。所以現(xiàn)場要求對焊后及時執(zhí)行100%焊后緩冷處理措施。通過現(xiàn)場進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)焊接過程中未能按要求進行后熱或者緩冷等消減焊接應(yīng)力措施，導(dǎo)致了裂紋的產(chǎn)生。

3 質(zhì)量控制對策

結(jié)合低合金鋼焊接特性，通過對產(chǎn)生裂紋原因的詳細分析，運用“5W1H”研究確定5項要因并制定了相應(yīng)對策。

4 對策實施

4.1 焊前將密封焊接區(qū)域、密封塞塊等表面油污漆銹等清理干凈

受熱面密封裂紋大多在焊后一段時間內(nèi)產(chǎn)生，大多為延遲裂紋。氫是誘發(fā)延遲裂紋的最活躍因素，擴散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成很強的拘束應(yīng)力。

對此，要求現(xiàn)場焊接操作人員對焊接區(qū)域附近20mm范圍內(nèi)母材和密封塞塊進行機械打磨，堅決清除焊接區(qū)域內(nèi)存在油、污、漆、銹、氧化皮等異物，確保焊縫區(qū)域干凈，減少焊接過程中氫的吸入量。

4.2 擬定焊接順序，并確?，F(xiàn)場正確執(zhí)行。

由于現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)易發(fā)生裂紋區(qū)域都存在較大的焊接變形，焊接變形本質(zhì)上是金屬在不均勻分布的熱場分布下產(chǎn)生不均勻的塑性變形產(chǎn)生的橫向收縮和縱向收縮表現(xiàn)出來的變形。

經(jīng)過對焊接變形進行分析，安裝焊接過程最明顯的是焊縫集中造成局部變形較大。高參數(shù)機組受熱面的管徑較小，管子和管子之間的間距比較小，進行局部施焊過程中金屬接受了較大的熱輸入，產(chǎn)生了較大的熱膨脹，而管子和鰭片不同的膨脹系數(shù)導(dǎo)致了不同的膨脹量，焊接順序不正確都會加大這一趨勢，最終產(chǎn)生了較大的焊接變形；并且在對口拼縫過程中施加的外力過大，進一步加重了焊接變形。

因此，焊接過程中制定了整體間隔跳焊焊法，如圖1所示焊接完a、c、e區(qū)域的焊縫后再焊接b、d、f區(qū)域，依次類推進行，有效降低相鄰管組間的焊接應(yīng)力。在局部實施分散對稱法，控制次條焊縫和上條焊縫間距至少250mm，具備條件時最好雙面雙人對稱同時焊接的方式，效果更加理想，具體焊接順序如下圖2。

施工前對焊接操作人員進行詳細的技術(shù)交底，嚴(yán)格要求現(xiàn)場焊接順序按照以上方案實施，同時進行順序標(biāo)記，確保施工人員明確焊接順序。

4.3 控制焊接層間溫度，控制熱輸入，減小焊接應(yīng)力

為更好地控制焊接層間溫度，QC小組成員在方案實施過程中，緊盯現(xiàn)場施工，確保施工人員嚴(yán)格按照工藝執(zhí)行，通過間接規(guī)范控制焊接電流，控制焊接熱輸入，規(guī)定Φ3.2焊條電流控制在120A以下，并控制焊接速度，保證焊道厚度不得超過焊條直徑，焊道寬度不得超過焊條直徑的4倍。

4.4 焊后采取后熱或緩冷方法，消減焊接應(yīng)力

實踐和理論表明，焊后熱處理能夠有效降低焊接應(yīng)力。受熱面局部密封焊接完畢后，按照規(guī)程要求固定好熱電偶、加熱片、保溫棉后將焊接密封部位加熱至300-400℃，保溫10min-30min后緩慢冷卻。個別困難位置采用烤把加熱至300℃，加熱過程中注意保持加熱寬度和溫度的均勻性，恒溫10min后覆蓋保溫棉冷卻至室溫。

5 效果檢查

經(jīng)上述對策方案實施后，對受熱面密封焊縫各抽樣檢查，對存在缺陷率進行統(tǒng)計分析對比，如下表2所示：

通過統(tǒng)計對比可以看出，裂紋發(fā)生率降至了1.5%，有效控制了受熱面密封焊接裂紋的產(chǎn)生，確保機組運行后無漏煙、漏灰及其它質(zhì)量隱患。

6 結(jié)論

通過現(xiàn)狀調(diào)查對其產(chǎn)生的原因進行分析，并研究制定最佳解決方案，經(jīng)現(xiàn)場實施和質(zhì)量控制，有效避免了焊接裂紋的產(chǎn)生，保證了受熱面密封的焊接質(zhì)量，鍋爐水壓試驗一次成功，確保了該機組日后的安全穩(wěn)定運行。同時編制形成《低合金鋼密封焊接施工標(biāo)準(zhǔn)》，推廣到其他項目低合金密封焊接質(zhì)量應(yīng)用中。

參考文獻：

[1]DL/T869-2012.火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2012.

[2]DL/T819-2010.火力發(fā)電廠焊接熱處理技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3]公司焊接工藝評定手冊[Z].

作者簡介：張君發(fā)（1969-），男，山東平度人，本科，高級工程師，一級建造師，從事焊接管理工作。endprint