工业锅炉锅筒管道胀接改焊接技术应用

2012-11-06郭振华

山西建筑 2012年33期

郭振华

(中电投电力工程有限公司，上海 200233)

某新建电厂工程项目的启动锅炉为双锅筒横向布置自然循环工业锅炉，该锅炉的汽包对流管束及汽包水冷壁接口为胀管式安装。在启动锅炉安装过程中，考虑到近年来管道胀接技术在电力行业较为少用，已趋于淘汰，电力建设施工单位缺少技术的人员和设施，且胀接管道在日后锅炉运行中如出现泄漏，维护检修难度大，如抢修时采用补焊将因焊接应力造成附近区域管子连锁式泄漏，为使锅炉在运行期间安全平稳运行，出现事故时能够提高电厂检修效率，对锅筒管道安装方式进行了专项探讨，研究将锅筒胀管式安装改为手动全氩弧焊接。

1 对锅筒、管板插入式管子的焊接方案探讨

1.1 锅炉锅筒管道的规格

锅炉锅筒本体材质为Q245R(GB 713)，管材为20(GB 3087)，本次更改范围为:对流管束、水冷壁与上、下锅筒接口，其中对流管束管道规格为φ57×3，焊口上、下各549道，水冷壁管道规格为φ60×3，共计84道，锅炉锅筒钻孔为φ57+0.70－0.00和φ60+0.70－0.00两种规格。

1.2 焊缝形成和工作状态分析

1)因管子与管板间存在一定间隙，焊接完成后，焊缝中存在一定的焊接应力。在一定的诱发条件下，可能沿焊接应力方向扩展，进一步形成裂纹。

2)焊接热影响区根据组织特征分为熔合区、过热区、相变重结晶区、不完全重结晶区，其中过热区是晶粒粗大的过热组织(魏氏组织)，其塑性很差，特别是冲击韧性比基本金属低25%～30%，是焊接接头中的薄弱区域。对于壁厚为3 mm的管子，焊缝下部完全处在热影响区的过热区中(过热区的平均尺寸为2.2 mm～3.0 mm)，在受到冲击或振动且冲击或振动超过某一值时，易在该处产生裂纹、裂缝，甚至造成渗漏。

3)锅炉在使用过程中，因频繁的开炉停炉，焊接接头反复受到热胀冷缩的影响，极易产生疲劳破坏。

4)在有关资料及运行过程中发现该处焊缝易产生泄露(尤其是锅筒内部焊缝)。因此该处焊接接头应具有相当好的综合机械性能，才能满足其恶劣的工作环境需要。

1.3 改进措施

1)减少焊接线能量:线能量过大，会引起热影响区过热，使晶粒粗大，降低焊接接头的抗裂性能。因此，在保证焊接质量的前提下，采用小电流快速焊接，本方案预采用氩弧焊，减少焊接线能量的输入，以改善热影响区的组织性能，提高焊接接头的抗裂性能。

2)消除间隙:焊接前进行预胀，消除管子与管板的间隙，增加焊缝的拘束度，提高焊缝的抗裂性能。

3)避免共振:在运输过程中(特别是长途运输、路况差的情况下)尽量减轻车与锅炉的振动，避免共振现象出现(共振极可能造成锅炉部分部件产生破坏)。

4)采用焊接工艺性更好的焊条，方案预使用焊丝型号为TIGJ50，电流90 A～130 A，进一步提高焊接接头的综合机械性能。

5)进行焊工培训，提高操作技能和质量意识，确保产品质量。

2 焊接工艺方案实例

1)按锅炉角焊缝强度计算方法(JB/T 6734-1993)第3.2.1要求:角焊缝焊脚最小尺寸不得小于管道壁厚，故焊缝高度严格控制为3 mm≤k≤5 mm。

2)为防止因焊接而导致汽包热力变形，汽包两侧前后向第一排管先焊接，已达到固定上、下汽包的作用，其他焊口采取花式焊接，花焊情况如图1所示。

3)施工机械、设备的配置:a.机具、工具:配备ZX7-400电焊机5台。每名焊工需配备焊钳、焊帽、扁铲、手锤、钢丝刷、工具袋、白光眼镜、氩弧焊把各一个。焊接所用的焊机工作参数稳定、调节灵活，焊接所用工具经检查完好无损，能够充分满足现场焊接施工要求。采用溶剂去除型着色探伤剂，型号为DPT-5，套装。b.焊前准备:所用焊接材料必须有质量合格证明、出厂日期证明。施工场所安全，设施齐全、规范;必须做好可靠的防风、防雨措施。所有焊接施工人员施工前，认真熟悉本方案内容，并对施工人员进行施工技术交底，明确施焊部件材质、工艺、选用的焊接材料。焊丝使用前应清除锈、垢和油圬，露出金属光泽，使用跟踪记录。钨极氩弧焊采用WCe，所用氩气纯度不小于99.95%。入库的焊材按标准进行保管，库房干燥通风，温度控制大于5℃，相对湿度小于60%，并应配备除湿机、电加热器、温湿度表等。管子对口前必须进行抛光，使管口及深入汽包内部焊接部分管壁无铁屑，泥土杂物，呈现金属光泽，并无超标、划痕等影响焊口质量的因素出现。管子抛光后必须进行通球试验，φ51×3的对流管选用φ34钢球;φ60×3的水冷壁管选用φ40钢球。通球试验后对管口进行防锈处理后密封放置在安全平稳的平台上待用。焊接前对汽包内部及焊口进行清理，用抹布蘸橡胶水进行反复擦洗至光亮无杂物。焊接施工人员在正式上岗前进行与实际条件相适应的模拟练习，所焊样品报由质检、监理检查合格后可进行正式施工。

图1 花焊管子示意图

4)劳动力计划:本项工程配备焊接人员4人，焊接工作人员必须经《焊工技术规程》考核合格，并取得相应资格证书;施工人员需具备较高的操作技能和良好的焊接施工工艺作风。

5)焊接施工方案措施:a.焊接施工作业流程:全氩弧作业流程:管道就位、打磨坡口→对口装配→焊口预热(不预热)→焊接→自检→专检→无损检验(射线、超声波、硬度、光谱)→合格(不合格重新进行预热、焊接、热处理、检验)→工地班组验收→三级验收→四、五级验收。b.焊接施工要求:锅筒本体材质为 Q245RGB713，管材为20(GB 3087)，故采用氩弧焊接。焊丝型号TIGJ 50，电流90 A～130 A。焊口形式如图2所示。对口要求:对口时，坡口处两侧10 mm～15 mm范围应打磨干净，除尽油、漆、垢、锈等，直至露出金属光泽，以保证焊缝焊接质量。坡口内及边缘20 mm内母材无裂纹、重皮、坡口破损及毛刺等缺陷。管子对口时除特殊要求外不得有附加应力，呈自由状态，以减小焊接应力，防止裂纹产生。不得强制对口，不得对焊接接头进行加热校正和组对焊口。管子对口时一般应平直，管子端面与管子中心线的偏斜度要求:管子外径φ(mm)≤60，Δf=0.5;严格控制管子深入汽包长度在5 mm～6 mm之间，因原设计为胀管，所以设备留有较长的胀管余量，安装时以上汽包为基准，探入下汽包的多余部分用角向细致切掉。c.渗透探伤:检测表面制备:工件被检表面不得有影响渗透检测的铁锈、氧化皮、焊接飞溅、铁屑、毛刺以及各种防护层。被检工件加工表面粗糙度RA≤12.5 μm，被检工件非加工表面的粗糙度可适当放宽，但不得影响检测结果。局部检测时，准备工作范围应从检测部位四周扩张25 mm。检测工艺和检测技术:预清洗:采用溶剂或洗涤剂清洗工件表面，如确有需要可进行酸洗或碱洗，然后进行渗透检测，清洗后检测面上遗留的溶剂和水分等必须干燥且应保证在施加渗透剂前不被污染。施加渗透剂:施加方法:喷涂，用静电喷涂装置直接对焊缝或被检面喷涂。渗透时间及温度:在10℃～15℃的温度条件下，渗透持续时间一般不少于10 min。去除多余的渗透剂:采用清洗剂去除，一般先用干燥、洁净不脱毛的布依次擦拭直至大部分多余渗透剂被去除后，再用蘸有清洗剂的干净、不脱毛的布或纸进行擦拭，直至将被检面上多余的渗透剂全部擦净，但应注意不得往复擦拭，不得用清洗剂直接在被检面上冲洗。干燥处理:室温下自然干燥，时间通常为5 min～10 min。施加显像剂:喷涂显像剂时，喷嘴离被检面距离为300 mm～400 mm，喷涂方向与被检面表面角为30°～40°，显像时间一般不少于7 min。观察:观察显示应在显像剂施加后7 min～60 min内进行。着色渗透检测时，缺陷显示的评定应在白光下进行，通常工件被检面处白光照度不小于1 000 Lx，当现场采用便携式设备检测，由于条件所限无法满足时，可见光照度可以适当降低，但不得低于500 Lx。辨认细小显示时，可用5倍～10倍放大镜观察，必要时应重新进行处理，检测。后清洗:工件检测完毕后应进行后清洗，以去除对以后使用或对材料有害的残留物。缺陷显示的分类和记录:显示分为相关显示、非相关显示和虚假显示，非相关显示和虚假显示不必记录和评定。小于0.5 mm的显示不计，除确认显示是由外界因素或操作不当造成的之外，其他任何显示均应作为缺陷处理。缺陷显示在长轴方向与工件(轴类或管类)轴线或母线的夹角不小于30°时，按横向缺陷处理，其他按纵向缺陷处理。长宽比大于3的缺陷按线性缺陷处理，长宽比不大于3的缺陷按圆形缺陷处理。两条或两条以上的缺陷线性显示在同一条直线上且间距不大于2 mm时，按一条缺陷显示处理，其长度为两条缺陷显示之和加间距。