余熱發(fā)電工程電站高溫高壓耐熱鋼管道焊接施工操作工藝研究

吳學才

（洛陽中重發(fā)電設備有限責任公司，河南 洛陽471003）

1 概述

1.1 市場需求

洛陽中重發(fā)電設備有限責任公司為適應市場需求，自主研發(fā)的高溫高壓汽輪發(fā)電機組，是一種新型高效節(jié)能汽輪發(fā)電機組。多次改進生產(chǎn)制造工藝，破解了多項技術難題，已經(jīng)成為中信重工余熱發(fā)電和成套電站的新產(chǎn)品、新技術和新亮點。近幾年，發(fā)電機組應用于燃氣發(fā)電、干熄焦余熱發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、多種工業(yè)余熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的節(jié)能減排、熱電聯(lián)產(chǎn)、能源階梯利用項目，市場前景廣闊。

1.2 設計要求

高溫高壓電站系統(tǒng)一般壓力為8.83MPa、蒸汽溫度530℃左右，電站高溫高壓管道焊接包括系統(tǒng)管道和主機部分的汽輪機本體的噴嘴室、蒸汽室，對ZG15Cr2Mo1、ZG15CrMoV，接管部分為12Cr1MoV 等材料進行焊接，這些低合金珠光體耐熱鋼的抗高溫綜合性能強，穩(wěn)定性好，但是可焊性差，對焊接工藝的要求非常高。

1.3 質(zhì)量安全

電站系統(tǒng)高溫高壓管道焊縫的質(zhì)量優(yōu)劣直接關系到系統(tǒng)的長期高負荷安全運行，焊縫質(zhì)量是保持耐高溫蠕變性、高溫保持設計強度的主要因素。2016 年8 月11 日14 時49 分，由某公司施工的湖北省當陽市馬店矸石發(fā)電有限責任公司發(fā)生高壓蒸汽管道裂爆事故，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失，除人為管理因素外，高壓管道的焊接質(zhì)量未達標也是主要的原因之一。因此，高溫高壓管道的焊接事關安全，責任重大。

1.4 高效生產(chǎn)

高溫高壓電站系統(tǒng)的主機生產(chǎn)和管道安裝周期較長，為縮短周期，在保證或提高焊縫質(zhì)量的前提下，探索了采用搖擺焊法對小于57mm 小口徑管道進行全氬弧焊搖擺焊；對大口徑管道采用氬弧焊搖擺焊打底手工電弧填充焊蓋面、MAG 焊填充蓋面、手工電弧焊填充蓋面或MAG 焊填充手工鎢極氬弧焊搖擺焊蓋面的焊接工藝方法焊接，不但大大提高了焊接效率，也提高了焊縫質(zhì)量，焊后射線探傷，一次合格率達到100%。

1.5 外觀美化

隨著對工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，對重工產(chǎn)品焊接技術要求不斷提升，焊縫的外觀質(zhì)量不斷升級，焊接工藝與藝術的結合日益緊密。因此，工匠精神、工業(yè)藝術與技術深度融合，使焊縫的外觀日益趨于藝術化。

2 焊接工藝方法介紹

2.1 焊接方法

手工鎢極氬弧焊搖擺焊操作手法是手持焊槍焊嘴靠挨母材坡口一側引燃電弧，大拇指沿食指指尖方向摩擦送絲，形成熔滴、熔池。然后利用手腕的擺動使焊嘴按照要求的線型和方向擺動，利用熔滴的表面張力作用來填充坡口的一種手工鎢極氬弧焊接方法。

表1 焊接常用工藝參數(shù)

這種焊接方法也可應用于MAG 焊，但是操作的方法略有不同，原理一致，獲得的效果較好。

2.2 技術特點

①以焊把保護瓷咀兩側在母材上確定支撐為支點，獲得最佳操作手感，搖動焊把，形成電弧搖擺的寬度，沿一定形狀路線有規(guī)律地前進，保持一定的頻率和速度。根據(jù)焊縫的寬窄、深淺、溫度等，選擇適當?shù)那耙屏?、頻率、速度、送絲方法，焊出均勻漂亮的合格焊縫。②根據(jù)匹配的焊接參數(shù)，準確地控制熱輸入量，進行快速焊接。③由于最佳焊接支撐點的支撐作用，減輕焊接操作的強度，快速焊接提高焊接生產(chǎn)效率，精準的熱輸入量保證熔敷金屬的元素成分燒損率最低，保證合金金屬晶粒細化。

2.3 工藝目標

①快速獲得均勻和一定厚度的打底、填充及蓋面，而且打底的焊縫背面成型良好。②形成較為完美的外觀及成型焊縫花紋，如均勻連續(xù)的魚鱗紋、花形紋、幾何紋等。

3 焊接工藝手法操作要領

3.1 送絲方法

就用大拇指與食指、中指緊夾焊絲，用大拇指沿食指指尖方向靠摩擦向前推動焊絲，焊絲從無名指和小拇指中間穿出，起定位作用。

搖把送絲法的特點是續(xù)絲穩(wěn)而快，不間斷，均勻地擺動加大了Ar 的保護圈，更好地保證了焊縫的質(zhì)量。特別是不銹鋼、有色金屬材料的焊接，熔池均勻、氣體保護得當，焊接外觀更美觀，穩(wěn)定性高，又減少了坡口兩側的咬邊現(xiàn)象。

3.2 擺動方法

焊嘴擺動是氬弧焊搖擺焊操作關鍵，焊嘴輕輕挨著坡口作為支撐點，一側停留并引燃電弧形成熔池，靠大拇指與食指摩擦送絲，隨著焊嘴電弧熱源及氬氣流保護遷移方向的擺動，熔滴在牽引力和表面張力作用下，從坡口另一側與該側母材相連，等熔滴與另一側母材形成穩(wěn)定的熔池、焊縫后，再搖擺回到母材原來一側。如此反復，形成的焊縫兩側熔合良好，不易產(chǎn)生咬邊及未焊透、未熔合現(xiàn)象。由于焊絲一直沒有脫離氬氣的保護圈，故焊縫內(nèi)部、表面質(zhì)量都能夠保證。

3.3 擺動方式

根據(jù)不同的焊接內(nèi)外質(zhì)量要求和外觀需求，擺動的方法也有所不同，常用的主要有以下幾種形式，圖1 為焊接試件圖。

圖1 焊接試件圖

4 焊接常用工藝參數(shù)

焊接常用工藝參數(shù)如表1 所示。

5 焊接手法的操作應用

①汽輪機主機高溫高壓蒸汽管焊接：高溫高壓汽輪機生產(chǎn)制造；高壓蒸汽室及接管制造。

②電站熱力系統(tǒng)高溫高壓蒸汽管焊接。

6 結論

洛陽中重發(fā)電設備有限責任公司生產(chǎn)的高溫高壓、高轉速、沖動式汽輪機，與鍋爐、發(fā)電機及其他附屬設備組成成套電站系統(tǒng)，汽輪機排出的蒸汽可供工業(yè)用汽，適用于大、中型工礦企業(yè)的自備熱電站，具有高效、節(jié)能、環(huán)保等特點，也是在高效高轉速汽輪機研發(fā)項目中取得的重大突破。

主機高溫高壓管件與系統(tǒng)主蒸汽管道的焊接部分的高溫高壓焊接工藝，所取得的突破包括搖擺焊接的應用，為電站成套系統(tǒng)的開發(fā)，提供了重要工藝技術支撐。