某紙企鍋爐改造項(xiàng)目受壓元件焊接施工技術(shù)要點(diǎn)研究

劉榮忠 （福建省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

鍋爐是一種密閉容器，處于受熱、受壓狀態(tài)長周期運(yùn)行，屬于具有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的特征設(shè)備，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造行業(yè)。在造紙企業(yè)生產(chǎn)中，化學(xué)藥品加熱溶解氫氧化鈉、硫酸鈉、碳酸鈉等原料和造紙蒸煮、烘干、成型、黑漿濃縮等工藝均需要鍋爐蒸汽，因此，鍋爐是造紙廠生產(chǎn)的心臟和主要?jiǎng)恿碓础Ｔ阱仩t改造項(xiàng)目中，受壓元件主要包括鍋殼、爐膽、風(fēng)頭、管辦、U型下腳圈等，其焊接質(zhì)量直接影響鍋爐受壓受熱工作狀態(tài)，進(jìn)而影響造紙廠穩(wěn)定生產(chǎn)。本文結(jié)合某造紙廠鍋爐改造項(xiàng)目，深入研究了鍋爐受壓元件焊接技術(shù)要點(diǎn)，以期為同類工程施工提供有益的參考。

1 工程概況

本工程為某紙業(yè)公司堿回收鍋爐改造項(xiàng)目。1臺(tái)為WGZ40/3.82-2型堿回收鍋爐（2#RB），日處理固形物能力為320tds/d，額定蒸汽壓力為3.82MPa，額定蒸汽40t/h，溫度為450℃；另1臺(tái)為WGZ35/3.82-28型堿回收鍋爐（1#RB），日處理固體物能力為280tds/d，額定蒸汽壓力為3.82MPa，額定蒸汽35t/h，溫度為450℃。

本次鍋爐改造項(xiàng)目包括2#RB鍋爐前后水冷壁標(biāo)高7100mm處開7個(gè)二次風(fēng)孔（前三后四），每個(gè)孔更換6根管（長1300mm），共計(jì)更換42根管。原二次風(fēng)口處彎管停爐檢查，根據(jù)彎管減蝕情況補(bǔ)焊直管，共計(jì)補(bǔ)焊直管28根（長1240mm）。側(cè)墻補(bǔ)直39根管（長1240mm）。臭氣開孔6根管（長1620mm）。2#RB鍋爐共計(jì)焊接鋼管114根。

1#RB鍋爐前后冷水壁標(biāo)高6900處開7個(gè)二次風(fēng)孔（前三后四）。每個(gè)風(fēng)孔更換6根管（規(guī)格Φ60mm×5mm、長1300mm），共計(jì)更換42根管。原二次風(fēng)口處彎管停爐后檢查，根據(jù)鋼管減蝕情況補(bǔ)焊直管（長1340），共計(jì)補(bǔ)焊17根管，側(cè)墻補(bǔ)直30根管（長1240mm）。1#RB鍋爐合計(jì)焊接89根管。1#RB鍋爐和2#RB鍋爐共計(jì)焊接203根鋼管，鋼管規(guī)格均為Φ60mm×5mm，鋼管規(guī)格為耐熱型低合金鋼，焊條為309-15，焊接方法為鎢氬弧焊。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 技術(shù)和人員準(zhǔn)備

焊接前，應(yīng)配備焊接責(zé)任工程師、質(zhì)保員、持證合格焊工（取得20G鋼管合格證焊工）、探傷人員。焊接技術(shù)管理人員根據(jù)焊接技術(shù)方案編寫焊接工藝指導(dǎo)書，向焊接施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。確保焊接施工人員了解工程概況、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)意圖、焊接工藝要求、焊接質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)等。焊接施工人員必須經(jīng)焊接理論知識(shí)和實(shí)際操作技能培訓(xùn)，經(jīng)《鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則》考試合格和受熱面管焊接試樣合格方可上崗操作。焊接過程中，當(dāng)出現(xiàn)重大焊接質(zhì)量問題時(shí)，應(yīng)及時(shí)上報(bào)，不得自行處理。焊接過程中，焊接技術(shù)管理人員對(duì)焊接過程進(jìn)行監(jiān)督、檢查，對(duì)違反焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的落實(shí)停點(diǎn)檢查。

2.2 材料準(zhǔn)備

管材進(jìn)場應(yīng)經(jīng)技術(shù)、施工、采購等人員共同驗(yàn)收，對(duì)鋼管進(jìn)行100%外觀檢查、管口尺寸、材質(zhì)檢查，如有缺陷，應(yīng)及時(shí)調(diào)換、退貨處理。鋼管使用前，應(yīng)對(duì)鋼管進(jìn)行吹掃處理，并將新舊鋼管管頭加工為倒角或打磨焊縫坡口，坡口角度為30℃。焊縫區(qū)管壁內(nèi)外打磨30mm～50mm，直至顯露金屬光澤為止。焊接方式采用鎢氬弧焊用Φ2.5mm鎢極，氬氣純度99.99%。

焊接現(xiàn)場設(shè)置專門的焊絲、焊條貯藏室和焊條烘干室，焊條烘干、發(fā)放由專人負(fù)責(zé)，焊接施工人員接工藝卡后領(lǐng)用指定焊條在，并及時(shí)放入焊條保溫桶內(nèi)，當(dāng)天用不完的焊條應(yīng)送回烘干室保溫箱。

2.3 現(xiàn)場準(zhǔn)備

焊接施工前，鍋爐拆爐應(yīng)拆爐完成，鍋爐本體上障礙物（管線、水、煙氣、電源等）等斷開并加設(shè)盲板?，F(xiàn)場劃定安全通道并設(shè)置安全標(biāo)志。外層保溫應(yīng)逐層拆除，高處廢物應(yīng)借助吊籃下放并轉(zhuǎn)移至指定位置。需更換的水冷壁管自子爐外至爐內(nèi)拆出，原鋼管應(yīng)留有20mm長度的修復(fù)余量，并清理原鋼管20mm范圍內(nèi)氧化皮。

3 焊接施工技術(shù)要點(diǎn)分析

3.1 管材對(duì)口

對(duì)口鋼管端面應(yīng)與管件中心線垂直，其偏斜度應(yīng)≤10%D（D為管徑），且≤2mm。焊口位置應(yīng)避開應(yīng)力集中區(qū)，以便于施焊和熱處理。管道對(duì)接焊口中心線距管件彎曲起點(diǎn)位置不小于管材外徑，且不小于100mm，距支架邊緣距離≥50mm。焊接管管子不焊接在原焊縫上。焊件對(duì)接時(shí)，應(yīng)確保新舊管材內(nèi)徑一致，如有錯(cuò)口，200mm內(nèi)偏差值應(yīng)控制在10%壁厚以內(nèi)，且小于1mm（如圖1所示）。當(dāng)焊接局部間隙過大時(shí)，應(yīng)設(shè)法修正至規(guī)定尺寸，嚴(yán)禁采用向間隙內(nèi)填塞焊條、鋼筋方式，避免受壓元件受熱、受壓情況下泄露，造成焊接質(zhì)量事故。

圖1 管道對(duì)口平直度控制（e為平直度偏差）

3.2 焊接施工

現(xiàn)場焊接時(shí)，應(yīng)確認(rèn)環(huán)境溫度滿足焊接環(huán)境要求，最低環(huán)境溫度應(yīng)≥-20℃。在管材對(duì)口調(diào)正后，先在焊口根部點(diǎn)固定，點(diǎn)焊固定應(yīng)使用與正式施焊相同的焊條、焊接工藝和預(yù)熱溫度。點(diǎn)焊固定后，檢查各焊點(diǎn)質(zhì)量，如存在焊縫過大、端口不平整等存在質(zhì)量問題，應(yīng)將焊縫質(zhì)量問題消除后重新點(diǎn)焊固定。焊接過程中，嚴(yán)禁隨意在管材表面引燃電弧、試驗(yàn)電流或焊接臨時(shí)支撐物，應(yīng)通過專用接地焊件引燃電弧。焊接前，應(yīng)對(duì)管件進(jìn)行預(yù)熱，最低預(yù)熱溫度不小于120℃，最高不超過300℃。焊接時(shí)，應(yīng)從中間向兩側(cè)施焊（如圖2所示），注意接頭、收弧焊接質(zhì)量，多層焊縫每層接頭錯(cuò)開，收弧時(shí)將熔池填滿。

圖2 鋼管焊接

本工程中，氬弧焊封底焊后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行次層焊縫的焊接。待底層和次層焊接完成后，檢查次層焊接質(zhì)量，經(jīng)焊接質(zhì)量檢查合格方可進(jìn)行次層焊接，如焊接外觀質(zhì)量缺陷則應(yīng)清除缺陷后再焊次層。焊接完成后，及時(shí)清理焊渣，并在距焊縫100mm處打上焊工鋼印。

3.3 焊后熱處理

鋼管焊接完成后，為改善焊接性能，消除焊接殘余應(yīng)力等有害影響，應(yīng)將焊接區(qū)域在金屬相變點(diǎn)下以下加熱至一定的溫度，并保持一段時(shí)間，待達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求后自然冷卻至自然溫度。常用的焊后熱處理方法包括整體加熱法、整體分段加熱法和局部焊后加熱法。由于管材長度較大，且焊縫分散分布，本工程采用局部焊后加熱法，在焊接區(qū)域均溫帶覆蓋鋼管圓周，熱處理溫度為650℃，熱處理時(shí)間≥15min（如表1所示），并借助熱電偶測定均溫帶溫度，防止產(chǎn)生有害溫度梯度。

焊縫熱處理溫度與處理時(shí)間關(guān)系 表1

3.4 焊后處理與檢查

鋼管焊縫和熱處理完成并冷卻至環(huán)境溫度后方可拆除支撐。如發(fā)現(xiàn)焊縫質(zhì)量缺陷，應(yīng)采用挖補(bǔ)方式返修處理，但同一焊縫位置挖補(bǔ)次數(shù)不得超過2次，并在補(bǔ)焊前徹底清除焊接質(zhì)量缺陷。焊接完成后，按工程焊接質(zhì)量控制要求進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查，焊縫表面應(yīng)無裂紋、空焊、虛焊、弧坑、氣孔、夾渣等質(zhì)量缺陷，焊縫咬邊深度≤0.5mm，焊縫兩側(cè)咬邊長度≤20%R（鋼管周長）且≤40mm。焊縫余高和寬度應(yīng)符合工程設(shè)計(jì)要求（如表2所示）。焊縫外觀質(zhì)量檢查自檢率100%，專檢率100%，焊縫高度不得低于焊接兩側(cè)鋼管母材，且與母材平滑過渡。角縫焊角高度應(yīng)符合技術(shù)要求，其余焊縫應(yīng)平滑，不得堆高。為確保焊縫質(zhì)量符合技術(shù)規(guī)范和工程設(shè)計(jì)要求，應(yīng)使用借助X射線進(jìn)行焊縫探傷，探傷檢測比例為100%，以二級(jí)合格為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

焊縫余高及寬度質(zhì)量要求 表2

3.5 水壓試驗(yàn)

待所有鋼管焊接完成后，采用水壓試驗(yàn)方式檢查焊縫質(zhì)量。水壓試驗(yàn)時(shí)，先開啟鍋筒、上部管道、集箱等處排氣閥，待排氣閥處出水后關(guān)閉閥門。水壓升壓速度控制在0.3MPa/min以下，升至0.5MPa～0.6MPa時(shí)暫停進(jìn)水，檢查鍋爐結(jié)合面、焊縫等部位有無滲漏問題，經(jīng)檢查無誤后再次升壓至鍋爐設(shè)計(jì)壓力，穩(wěn)壓20min后檢查焊縫有無裂紋、變形、滲漏、水霧等問題。經(jīng)檢查無誤后，按0.3MPa/min速度泄壓，降至1.0MPa后全開排污閥防水泄壓，當(dāng)壓力為0時(shí)，打開對(duì)空排氣閥。水壓試驗(yàn)過程中，應(yīng)詳細(xì)記錄升壓、穩(wěn)壓、降壓時(shí)間和檢查情況，驗(yàn)收合格后辦理簽證。

4 結(jié)語

在鍋爐改造項(xiàng)目中，由于受壓元件長期處于受熱、受壓狀態(tài)，對(duì)焊縫質(zhì)量要求較高，要求施工單位加強(qiáng)焊接技術(shù)要點(diǎn)研究，加強(qiáng)焊接技術(shù)管理、人員管理，落實(shí)焊接前技術(shù)交底和過程質(zhì)量控制，并通過X射線探傷檢查和水壓試驗(yàn)進(jìn)行焊縫質(zhì)量檢查，確保受壓元件焊縫質(zhì)量符合工程質(zhì)量控制要求。