垃圾焚燒爐水冷膜式壁堆焊高溫合金技術(shù)分析

范蕙萍

摘 要：傳統(tǒng)低溫燃燒垃圾焚燒爐的水冷膜式壁表面可通過(guò)堆焊不銹鋼來(lái)提高其耐腐蝕作用，但存在二噁英排放超標(biāo)的問(wèn)題?？梢?jiàn)，在水冷膜式壁表面堆焊不銹鋼已不能滿(mǎn)足高溫耐蝕的要求。由此，本文提出采用堆焊高溫合金來(lái)解決此問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：水冷膜式壁；高溫合金Inconel625；CMT焊接；焊接變形

中圖分類(lèi)號(hào)：TG457 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）08-0025-02

A Brief Introduction of High Temperature Alloy Technology for

Waste Incinerator Membrane Water Cooled Wall

FAN Huiping

（Qingdao Technological University Qindao College，Qingdao Shandong 266106）

Abstract： The surface of water-cooled membrane on low temperature combustion incinerator can improve its corrosion resistance by surfacing stainless steel， but there is a problem of excessive dioxin emission. It can be seen that the surfacing of stainless steel on the surface of water-cooled membrane can not meet the requirement of high temperature corrosion resistance. Therefore， it was suggested that hardfacing alloy be used to solve this problem.

Keywords： membrane water cooled wall；high temperature alloy Inconel625；CMT welding；welding deformation

1 研究背景

焚燒爐是常用于醫(yī)療垃圾、生活垃圾和工業(yè)危險(xiǎn)廢棄物等無(wú)害化處理方面的一種無(wú)害化處理設(shè)備。其原理是利用煤、燃油及燃?xì)獾热剂系娜紵?，將要處理的物體進(jìn)行高溫焚毀碳化，以達(dá)到消毒的目的。

傳統(tǒng)的低溫燃燒垃圾焚燒爐，通過(guò)在膜式壁表面堆焊不銹鋼來(lái)提高其耐腐蝕性，延長(zhǎng)使用壽命。但存在的問(wèn)題是：在燃燒溫度低于300～400℃時(shí)容易產(chǎn)生二噁英。二噁英為無(wú)色無(wú)味、毒性嚴(yán)重的脂溶性物質(zhì)，容易聚積在食物鏈中。在食物中的位置越高，二噁英聚集的程度就越高。人類(lèi)短期接觸二噁英可能導(dǎo)致皮膚損害，長(zhǎng)期接觸會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)等造成損害。國(guó)際癌癥研究中心已將其列為人類(lèi)一級(jí)致癌物。

提高爐膛焚燒溫度、增加燃燒停留時(shí)間和加強(qiáng)燃燒混合程度等措施可以顯著降低二噁英的爐內(nèi)生成。在水冷膜式壁表面堆焊不銹鋼已不能滿(mǎn)足高溫耐蝕的要求[1]，故采用堆焊高溫合金來(lái)解決此問(wèn)題。

2 焊接性分析及材料選用

Inconel625是以鉬、鈮為主要強(qiáng)化元素的固溶強(qiáng)化型鎳基變形高溫合金，具有優(yōu)良的高溫耐腐蝕和高氧化性能，從低溫到980℃均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，并且能耐鹽霧氣氛下的應(yīng)力腐蝕，可應(yīng)用于垃圾焚燒鍋爐、生物質(zhì)鍋爐和冶金行業(yè)余熱鍋爐水冷壁[2]。

表1和表2是Inconel625鎳基合金與碳鋼化學(xué)成分、力學(xué)和物理性能對(duì)比。從表1和表2可以看出，Inconel625鎳基合金與碳鋼的化學(xué)組成差別較大，在焊接時(shí)存在堆焊層合金元素被基體金屬稀釋的問(wèn)題，從而引發(fā)因成分變化而造成組織與性能轉(zhuǎn)變的問(wèn)題。但兩者的膨脹系數(shù)差別較小，因而焊接時(shí)裂紋傾向較小。此外，還要考慮導(dǎo)熱性差異而引起的焊接殘余應(yīng)力。

鎳基合金導(dǎo)熱能力差，可能會(huì)造成熱裂紋問(wèn)題。Inconel625鎳基合金在焊接時(shí)容易被氧化，需要進(jìn)行嚴(yán)格防護(hù)；如果被氧化，會(huì)造成焊接接頭力學(xué)性能下降、焊縫夾渣。由于液態(tài)Inconel625鎳基合金的流動(dòng)性差，不易鋪展?jié)櫇?，即使提高焊接熱輸入，也并不能較好地改善其流動(dòng)性，反而會(huì)惡化接頭性能，造成較大的稀釋率[3]。所以，對(duì)于水冷膜式壁表面堆焊，要保證在冶金結(jié)合的前提下基體對(duì)堆焊層的稀釋率盡量小。

3 焊接方法選擇

MIG/MAG焊具有生產(chǎn)率高、焊接成本低、能耗低，以及有利于實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。但是，存在熱輸入量大、變形嚴(yán)重、飛濺無(wú)法避免等缺陷。從降低母材熱輸入、減小熔化的母材對(duì)焊縫的稀釋作用的角度出發(fā)，焊接時(shí)采用CMT焊接。CMT是Cold Metal Transfer（冷金屬過(guò)渡）的簡(jiǎn)稱(chēng)，具有引弧穩(wěn)定迅速、超低熱輸入及良好搭橋能力等優(yōu)勢(shì)，常被用于鋁、鎂合金及鍍鋅件的焊接。與傳統(tǒng)的焊接方法相比，在滿(mǎn)足相同焊接工藝的要求時(shí)，CMT焊接可減少40%～60%的熱輸出量，能減少對(duì)焊接基體的熱損傷，這對(duì)在工作時(shí)要承受壓力的膜式水冷壁來(lái)說(shuō)尤其重要[4，5]。

4 焊接變形控制及矯正

焊接熱輸入不均勻會(huì)導(dǎo)致焊接應(yīng)力及焊接變形。焊接變形不僅影響構(gòu)件外觀的美觀性、增加材料消耗，而且會(huì)降低結(jié)構(gòu)承載能力。如何控制焊接變形量是選擇焊接工藝時(shí)要全面考慮的問(wèn)題。

焊接變形的種類(lèi)主要有5種：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形及扭曲變形。預(yù)防及矯正焊接變形可以從焊前、焊中和焊后三個(gè)方面采取措施。水冷膜式壁焊接存在的變形主要是收縮變形及彎曲變形。針對(duì)此變形，在焊接過(guò)程中采用剛性固定法，利用工裝夾具進(jìn)行防控。焊后整屏的殘余變形可以通過(guò)卷板機(jī)進(jìn)行矯正。對(duì)于局部變形，可采用人工火焰加熱矯正，矯正時(shí)注意火焰加熱方式、加熱位置及加熱的溫度和面積。

5 結(jié)論

通過(guò)上述分析可以得出以下結(jié)論。

①提高爐膛焚燒溫度可以顯著降低二噁英的生成。Inconel625具有優(yōu)良的高溫耐腐蝕性能，可滿(mǎn)足垃圾焚燒鍋爐水冷壁的使用要求。

②Inconel625與碳鋼基材的化學(xué)組成雖然差別較大，但兩者的膨脹系數(shù)差別較小，因而兩者焊接時(shí)裂紋傾向較小。

③采用超低熱輸入的CMT焊接方法可有效解決合金成分被稀釋的問(wèn)題。

④焊接變形可以通過(guò)焊接過(guò)程中剛性固定、焊后機(jī)械矯正及火焰加熱矯正解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳海龍.焚燒爐二噁英排放特性及關(guān)鍵控制技術(shù)研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2012.

[2]孫煥煥，劉愛(ài)國(guó)，孟凡玲.堆焊Inconel625合金的鍋爐膜式水冷壁組織和性能[J].材料熱處理學(xué)報(bào)，2013（S2）：96-99.

[3]于景剛.鎳基合金在碳鋼與不銹鋼焊接中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備，2015（3）：63-65.

[4]張永順，沈州.CMT焊接技術(shù)實(shí)例[J].汽車(chē)與配件，2015（6）：70-72.

[5]伍鋼.Q235及304不銹鋼表面CMT-TWIN堆焊鎳基合金工藝研究[D].南京：南京理工大學(xué)，2015.