電廠鍋爐管道焊接中存在的問題及建議

中國電建集團(tuán)貴州工程有限公司 耿 聰

隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快，各行各業(yè)對于電力資源的需求也提出了更高的要求。站在電廠的生產(chǎn)經(jīng)營角度分析，要想生產(chǎn)出高效、優(yōu)質(zhì)的電力資源，滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的電力需求，就必須要對鍋爐管道的安全質(zhì)量予以嚴(yán)格的控制。

電廠鍋爐管道的焊接質(zhì)量，對于鍋爐投入使用后的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性有著直接的影響。只有按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)流程進(jìn)行鍋爐管道的焊接，并加強(qiáng)鍋爐管道焊接質(zhì)量的控制，才能為鍋爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供保證，實(shí)現(xiàn)鍋爐使用壽命的延長。如鍋爐管道的焊接出現(xiàn)問題，鍋爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)無法維持，那么整個(gè)電廠的生產(chǎn)經(jīng)營都會受到嚴(yán)重的影響。所以須對電廠鍋爐管道的焊接質(zhì)量予以高度重視。在完成鍋爐管道的焊接后，在正式開始投入使用前須做好相應(yīng)的檢查工作[1]。同時(shí)在后期的鍋爐管道運(yùn)行過程中，也要進(jìn)行不定期的檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，提升鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

1 電廠鍋爐管道焊接中存在的問題

1.1 咬邊焊接缺陷

咬邊焊接缺陷是電廠鍋爐管道焊接過程中最容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題。一旦出現(xiàn)不僅會對焊接接頭的美觀性產(chǎn)生影響，還會引起尖角應(yīng)力集中問題，并對焊接強(qiáng)度產(chǎn)生影響，使鍋爐結(jié)構(gòu)的完整性遭到破壞。分析咬邊焊接缺陷出現(xiàn)的原因，主要與母材消耗有關(guān)。因?yàn)槟覆牡牟缓侠硐模瑫诤附訁^(qū)域產(chǎn)生凹縫或溝槽問題，進(jìn)而引起咬邊問題。

1.2 焊接氣孔缺陷

在電廠鍋爐管道焊接作業(yè)中，接氣孔缺陷主要出現(xiàn)于焊縫中（圖1）。接氣孔缺陷的出現(xiàn)不僅會明顯降低焊縫強(qiáng)度，還會影響接氣孔的力學(xué)強(qiáng)度，增大鍋爐運(yùn)行故障的出現(xiàn)幾率。分析鍋爐管道焊接中出現(xiàn)氣孔缺陷的原因，主要與焊接過程中產(chǎn)生的氣體從金屬液冷卻硬化環(huán)節(jié)持續(xù)析出有關(guān)。

首先，針對焊接坡口位置，如沒有做好相應(yīng)的清掃工作，使焊接坡口充滿雜質(zhì)或污染物，氣體的產(chǎn)生量就會增加。如焊接坡口位置存在水分，焊接作業(yè)中的高溫會導(dǎo)致水分發(fā)生氣化反應(yīng)。而這就是焊接氣孔缺陷的出現(xiàn)原因；其次，如沒有正確選擇焊接方法也會導(dǎo)致氣孔缺陷問題的出現(xiàn)；最后，如焊條位置不合理也會對焊縫氣體的產(chǎn)生量產(chǎn)生影響，進(jìn)而增大氣孔缺陷的出現(xiàn)幾率，甚至對鍋爐的焊接操作質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

1.3 焊接裂紋問題

在電廠鍋爐管道的焊接過程中裂紋主要有四種：熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、層狀撕裂。以裂紋缺陷的形態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)，可將焊接裂紋分為兩種：一種是宏觀裂紋，即用肉眼或低倍顯微鏡可觀察到的焊接裂紋；另一種是微觀裂紋，即不容易被發(fā)現(xiàn)、但卻會產(chǎn)生極大危害的焊接裂紋。

管道焊接裂紋出現(xiàn)的原因主要與三方面有關(guān)：首先，管道焊縫中存在硫化物、磷化物或碳化物等低熔點(diǎn)雜質(zhì)。這些雜質(zhì)的存在降低了焊縫處的結(jié)合力。一旦受到較大的外力，結(jié)合力弱的地方就會出現(xiàn)裂紋；其次，在焊接過程中，如果焊接技術(shù)人員的焊接技術(shù)有限或者使用了不恰當(dāng)?shù)暮附庸に?，那么就可能產(chǎn)生明顯的內(nèi)應(yīng)力，使焊縫處出現(xiàn)明顯的裂紋；最后，除了焊縫處之外，熱影響區(qū)也可能出現(xiàn)焊接裂紋。因?yàn)樵诤附舆^程中母材熱影響區(qū)被加熱，晶界處的低熔點(diǎn)雜質(zhì)就會被融化，進(jìn)而使母材的晶間結(jié)合力降低。這樣一來，母材的熱影響區(qū)就會出現(xiàn)裂紋。

1.4 未焊透問題

在電廠鍋爐管道的焊接過程中還經(jīng)常出現(xiàn)未焊透問題。分析未焊透問題的原因，主要與三方面有關(guān)：首先，受到兩側(cè)管道的影響，焊接操作容易出現(xiàn)錯(cuò)口現(xiàn)象。錯(cuò)口現(xiàn)象一旦出現(xiàn)，未焊透問題的出現(xiàn)幾率就會提高；其次，焊接作業(yè)的空間比較狹隘，焊接施工無法正常進(jìn)行，就容易引起未焊透現(xiàn)象；最后，組對間隙不一致現(xiàn)象的出現(xiàn)，也會引起未焊透現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2 電廠鍋爐管道焊接問題的解決建議

2.1 做好充分的準(zhǔn)備工作

科學(xué)選擇焊接材料。焊接技術(shù)人員在對鍋爐管道實(shí)施焊接作業(yè)的時(shí)候，需要先找出鍋爐原廠的焊材分析數(shù)據(jù)，并結(jié)合《火力發(fā)電廠焊接技術(shù)規(guī)程》的相關(guān)要求進(jìn)行焊條或焊絲的選擇。另外，相關(guān)單位在對焊接材料進(jìn)行準(zhǔn)備的時(shí)候，不僅要嚴(yán)格遵循相關(guān)程序進(jìn)行焊接材料的采購、標(biāo)識、入庫以及烘干，還要在焊接施工現(xiàn)場進(jìn)行材料焊接二級保護(hù)庫的設(shè)置，借此做好焊接材料的管理與保護(hù)工作，優(yōu)化焊接材料的性能質(zhì)量[2]。在正式開始焊接作業(yè)之前，還需要利用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對焊條的性能質(zhì)量進(jìn)行檢測，確保其符合鍋爐管道的焊接要求。

做好焊條藥皮的耐潮性實(shí)驗(yàn)。一般情況下，焊條藥皮的耐潮性越好，焊條的保存工作就越容易開展。如果焊條藥皮的耐潮性不好，焊條就容易因?yàn)楸９懿划?dāng)而出現(xiàn)變質(zhì)問題。如果焊接技術(shù)人員在實(shí)施焊接作業(yè)的時(shí)候有雜質(zhì)混在焊接處，就會導(dǎo)致未焊透現(xiàn)象的出現(xiàn)。對此，建議焊接技術(shù)人員提前將焊條浸泡到15~25℃的水中。如果浸泡了4個(gè)小時(shí)，焊條藥皮沒有出現(xiàn)任何腫脹、脫落等問題，就可以證明這一焊條性能質(zhì)量較好，符合電廠鍋爐的焊接規(guī)格要求。

烘干焊接材料。在電廠鍋爐管道焊接作業(yè)中，如果焊接材料比較潮濕，那么將會引起未焊透現(xiàn)象或者氣孔缺陷。鑒于此，必須要提前對焊接材料進(jìn)行烘干處理：首先，在施工現(xiàn)場準(zhǔn)備專門的焊條烘干設(shè)備，并安排專門的工作人員配合焊接技術(shù)人員進(jìn)行焊條的烘干操作；其次，如果要將焊接材料儲存到倉庫，那么需要將烘干額被防治到倉庫內(nèi)，做好焊條的防潮濕工作。與此同時(shí)，還要將溫度計(jì)和濕度計(jì)放置到倉庫內(nèi)，對倉庫內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度進(jìn)行監(jiān)測；最后，在倉庫中，焊接材料應(yīng)當(dāng)與地面、墻面保持300mm以上的距離。

控制焊接預(yù)熱溫度。在對電廠鍋爐管道進(jìn)行焊接操作的過程中，焊接技術(shù)人員需要對相應(yīng)的焊接技術(shù)要求有一個(gè)準(zhǔn)確的把握，并對焊接預(yù)熱溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。只有在合適的溫度范圍內(nèi)做好焊接預(yù)熱，才能夠?yàn)殄仩t管道焊接質(zhì)量的控制打好基礎(chǔ)。首先，如果鋼材的含碳量不足0.35%，那么管材的壁厚應(yīng)當(dāng)在26mm以上，溫度要在100~200℃之間。同時(shí)，同類型鋼種的板材預(yù)熱溫度應(yīng)當(dāng)控制在100~150℃之間；其次，在焊接預(yù)熱的過程中，如果焊接技術(shù)人員要使用SMAW（鎢極）材料對鍋爐進(jìn)行打底焊接，那么預(yù)熱溫度應(yīng)當(dāng)降低50℃。如果焊接材料管的外徑在219mm以上，或者焊接管的壁厚在20mm以上，那么焊接技術(shù)人員需要采用電加熱的方式進(jìn)行焊接預(yù)熱[3]。

2.2 制定合理的焊接工藝評定方法

在選擇了合適的焊接材料、并對焊接材料的性能質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證之后，就正式開始焊接作業(yè)了。在這一過程中，不僅要對焊接工藝的實(shí)施提出嚴(yán)格的要求，還要加強(qiáng)焊接技術(shù)人員焊接操作行為的約束與管理。鍋爐管道的焊接工藝必須要先經(jīng)過相應(yīng)的工藝評定。只有評定結(jié)果中的參數(shù)結(jié)果符合相關(guān)要求，才能夠?qū)⑦@一焊接工藝正式應(yīng)用到鍋爐管道的焊接作業(yè)當(dāng)中。對此，焊接技術(shù)人員需要對鍋爐管道的具體要求以及所選焊接施工技術(shù)的要求進(jìn)行分析，然后結(jié)合工程師提供的設(shè)計(jì)文件中的要求進(jìn)行焊接施工。另外，為了保證鍋爐管道的焊接施工質(zhì)量，在實(shí)際的焊接過程中，焊接技術(shù)人員還需要參照焊接工藝參數(shù)進(jìn)行焊接作業(yè)，不能隨意更改焊接參數(shù)。

2.3 對焊接質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的檢測

在完成鍋爐管道的焊接作業(yè)之后，必須要對鍋爐管道的焊接質(zhì)量進(jìn)行檢測。檢測是控制鍋爐管道焊接質(zhì)量的有效措施。

首先，在正式開始焊接作業(yè)之前，需要對焊接技術(shù)人員使用的焊接材料、焊接設(shè)備、各類儀器儀表以及爐管道的焊接坡口進(jìn)行嚴(yán)格的檢查。同時(shí)，對焊接技術(shù)人員焊接施工資質(zhì)以及相應(yīng)的焊接工藝文件進(jìn)行嚴(yán)格的審核，確保焊接技術(shù)人員具備相應(yīng)的焊接作業(yè)資質(zhì)，確保選擇的焊接工藝符合鍋爐管道的焊接需求，鍋爐管道的焊接作業(yè)具有較高的可行性與科學(xué)合理性；其次，在實(shí)際的焊接工作中，需要嚴(yán)格關(guān)注電廠的實(shí)際情況變化，并根據(jù)電廠鍋爐管道的運(yùn)行特點(diǎn)對焊接作業(yè)進(jìn)行調(diào)整[4]；最后，在焊接作業(yè)結(jié)束之后，需要對焊工鋼印標(biāo)記進(jìn)行檢查，對焊縫外觀、焊縫尺寸進(jìn)行檢查。先確保外觀檢查合格，然后再使用專業(yè)的儀器設(shè)備對焊縫進(jìn)行無損檢測。

2.4 加強(qiáng)焊接裂紋問題的預(yù)防

在電廠鍋爐管道焊接過程中，要想加強(qiáng)焊接裂紋問題的預(yù)防，需要從三方面入手：首先，在冶金方面，要對母材中的硫、磷以及碳等低熔點(diǎn)雜質(zhì)的含量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并對晶粒進(jìn)行細(xì)化，對焊縫的結(jié)晶組織進(jìn)行改善；其次，在力學(xué)方面，應(yīng)當(dāng)對焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化。例如，可以根據(jù)實(shí)際情況加快焊接速度、或者將某些部位的高溫焊接時(shí)間進(jìn)行縮短。這樣就可以最大限度的減少焊縫處或者熱影響區(qū)出現(xiàn)熱裂紋問題的幾率；最后，不使用強(qiáng)力組焊工藝，借助焊前預(yù)熱或者焊后緩冷等措施降低焊接應(yīng)力的出現(xiàn)。在焊接作業(yè)停止后，可以利用手錘對熱影響區(qū)進(jìn)行敲擊，以此來加快焊接應(yīng)力的釋放。這樣也可以將焊接冷裂紋的出現(xiàn)幾率降到最低。

2.5 加強(qiáng)未焊透問題的預(yù)防

在電廠鍋爐管道焊接過程中，要想加強(qiáng)未焊透問題的預(yù)防，需要從以下三方面入手。

首先，針對每片半成品膜式壁組的對正安裝，需要對焊口是否平整對其進(jìn)行認(rèn)真而嚴(yán)格的校驗(yàn)。如果焊口出現(xiàn)輕微的變形，那么既可以利用火焰進(jìn)行適當(dāng)?shù)男迯?fù)，也可以借助機(jī)械手段進(jìn)行矯形處理，然后再繼續(xù)組對安裝。如果遇到焊有銷釘?shù)啮捚懿⑶掖嬖谥冃螄?yán)重問題，難以采用整體矯形措施，那么可以先對制造廠焊接的鰭片間的縫進(jìn)行割開。鰭片管的變形程度不同，所有應(yīng)力大小不同，最終割縫的長度也應(yīng)當(dāng)有所不同。一般情況下割縫長度需要控制在1500mm以內(nèi)。在完成割縫操作之后，再對單管進(jìn)行逐一的矯形。當(dāng)整片水冷壁組焊接作業(yè)結(jié)束后，在對前期割開的鰭片焊縫進(jìn)行修復(fù)焊接。在修復(fù)焊接過程中，可以優(yōu)先使用分段退焊法。

其次，對多個(gè)焊口組對間的最小間隙進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使其達(dá)到焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；對多個(gè)焊口組對間的最大間隙進(jìn)行嚴(yán)格的控制，使其始終不超過5mm。在焊接施工過程中，需要先對間隙最小的焊縫進(jìn)行焊接修復(fù)，再對間隙較大的焊縫進(jìn)行焊接修復(fù)。在焊接修復(fù)過程中，需要確保焊接技術(shù)人員擁有較高的焊接技術(shù)水平，可以對焊口進(jìn)行高水平的焊接修復(fù)。這樣一來，不僅可以減少未焊透問題的出現(xiàn)幾率，還可以對焊接應(yīng)力進(jìn)行有效的控制，對變形程度進(jìn)行有效的控制。

最后，對傳統(tǒng)的仰面施焊方法進(jìn)行創(chuàng)新，針對焊絲的添加，可以交由上面焊工負(fù)責(zé)，為下面焊工不受干擾的完成焊槍操作提供保證。這樣一來電弧就可以一直對準(zhǔn)焊縫根部，并進(jìn)行科學(xué)合理的焊接，防止出現(xiàn)未焊透問題。

3 結(jié)語

電廠鍋爐管道的焊接作業(yè)，在保障電廠鍋爐系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、提高電廠供電質(zhì)量方面發(fā)揮著十分重要的作用。但是電廠鍋爐的造價(jià)比較高，其相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，在對鍋爐管道進(jìn)行焊接作業(yè)的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)咬邊焊接缺陷和焊接氣孔缺陷。為了解決這些問題，需要在正式開始焊接作業(yè)之前做好充分的準(zhǔn)備工作，在正式焊接過程中，加強(qiáng)焊接作業(yè)行為以及焊接工藝的管理與控制，在完成焊接作業(yè)之后做好相應(yīng)的焊接質(zhì)量檢測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。