電廠建設(shè)焊接質(zhì)量保證及控制淺談

袁亞亮 路偉 張兆弟

1. 項(xiàng)目概況

該電廠鍋爐由上海鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)由上海電氣集團(tuán)生產(chǎn)。鍋爐形式為超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐、一次再熱、單爐膛單切圓燃燒、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼結(jié)構(gòu)及全懸吊結(jié)構(gòu)塔式布置；汽輪機(jī)的形式為高中壓聯(lián)合啟動(dòng)、超超臨界、一次中間再熱、單軸、雙背壓、四缸四排汽；發(fā)電機(jī)的形式為水氫氫冷卻發(fā)電機(jī)，無刷勵(lì)磁。機(jī)組配套成熟、高效的石灰石-石膏濕法脫硫裝置和SCR脫硝裝置，發(fā)電效率高，污染物排放水平低。

2. 項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)重點(diǎn)、難點(diǎn)

（1）鍋爐第五層主鋼架四個(gè)斜撐下端面法蘭板與斜撐本體現(xiàn)場高空焊接 鍋爐鋼架主斜撐承受爐頂鋼架及受熱面設(shè)備整個(gè)重量，爐頂鋼架總重量1 250t，受熱面設(shè)備總重量12 500t，由于鍋爐鋼架主斜撐兩側(cè)法蘭板在鍋爐廠內(nèi)焊接好，在現(xiàn)場安裝時(shí)難以保證法蘭板受力面積，因此主斜撐與法蘭板一側(cè)在鍋爐廠內(nèi)焊接，另一側(cè)在現(xiàn)場安裝完成后進(jìn)行焊接。鍋爐鋼架主斜撐與法蘭板焊接質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)爐頂鋼架受力承載，因此必須控制焊接質(zhì)量。

鍋爐鋼架主斜撐與法蘭板焊接位置處于108m高空，主斜撐上端法蘭用高強(qiáng)度螺栓固定后，主斜撐下端法蘭板與主立柱支持法蘭板采用高強(qiáng)度螺栓聯(lián)接并緊固后，開始進(jìn)行主斜撐與法蘭板的焊接，法蘭板和斜撐本體厚度均為80mm，材質(zhì)均為A572—Gr50，如圖1所示。

為了控制焊接質(zhì)量采取以下措施：

第一，焊前編制了專項(xiàng)施工方案，對參加作業(yè)的焊工進(jìn)行交底。

第二，由于是高空作業(yè)，為防止溫度梯度過大、冷卻速度過快，應(yīng)在焊縫區(qū)域搭設(shè)防風(fēng)保溫棚，保溫棚用架子管搭設(shè)，并用防火苫布封嚴(yán)，如圖2所示。

圖1

第三，焊接前應(yīng)將坡口周圍30mm范圍內(nèi)的油漆清除干凈，并檢查坡口處有無重皮、裂紋等缺陷，在確認(rèn)無缺陷后開始進(jìn)行預(yù)熱。

第四，施工前準(zhǔn)備好火焰加熱設(shè)備，嚴(yán)格進(jìn)行焊前預(yù)熱。表面溫度和根部達(dá)到預(yù)熱溫度后再開始焊接，加熱區(qū)域?yàn)楹附訁^(qū)域及其周圍≥150mm范圍。加熱時(shí)應(yīng)做到均勻加熱，停止加熱后用溫度儀對坡口根部進(jìn)行測溫，達(dá)到溫度后開始焊接。

第五，焊前焊工應(yīng)使用焊條保溫筒，保溫筒帶電源插座，焊接時(shí)將電源接上，保持筒內(nèi)溫度在100℃左右。使用時(shí)不可手中抓一把焊條，一次只能取一根焊條，取完后將筒蓋蓋上。J507焊條烘培要求：緩慢升溫至300～350℃，恒溫2h后，緩慢降溫至130℃左右，恒溫備用。

第六，定位焊時(shí)，每個(gè)定位焊長度≥30mm，間距≥200mm，點(diǎn)焊一點(diǎn)，檢查一點(diǎn)，如有缺陷及時(shí)清除，重新定位焊。定位焊縫均勻分布在整個(gè)焊道上。

第七，預(yù)熱溫度達(dá)到后開始進(jìn)行根部焊接，由6名焊工24h、3班倒，采用兩人對稱焊接法，焊接過程中要注意起弧、收弧和接頭的質(zhì)量。起弧時(shí)應(yīng)適當(dāng)抬高電弧，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿。打底層焊接完成后，立即自檢，合格后及時(shí)進(jìn)行填充蓋面。焊接現(xiàn)場必須備有氧氣瓶和乙炔氣瓶，以便及時(shí)補(bǔ)充加熱。每一道焊接完成，焊工及時(shí)用扁鏟、鋼絲刷認(rèn)真清除層間焊條熔渣，并認(rèn)真檢查填充的焊接質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)表面缺陷立即用機(jī)械加工法清除，補(bǔ)焊后，再進(jìn)行下一層道的焊接，直至焊接完畢。除第一層和最后一層焊縫外，對中間各層焊道可采用錘擊法消除焊接應(yīng)力。去除應(yīng)力時(shí)應(yīng)使用圓頭手錘進(jìn)行，不應(yīng)對根部焊縫、蓋面焊縫和坡口邊緣母材進(jìn)行錘擊。焊縫焊完后應(yīng)及時(shí)清理，用砂輪機(jī)、鋼絲刷、扁鏟將飛濺物及焊縫兩側(cè)的焊疤、焊瘤打磨干凈，并進(jìn)行自檢，自檢合格后，加熱到300~400℃進(jìn)行消氫處理，然后焊縫包覆緩冷。

第八，為了控制焊接變形和減少缺陷，施焊時(shí)采用小電流、快速焊，盡量減小焊條的擺動(dòng)幅度。施焊中，應(yīng)特別注意接頭和收弧的質(zhì)量，收弧時(shí)應(yīng)將熔池填滿。焊道單層厚度不大于所用焊條直徑，焊道擺動(dòng)寬度不大于所用焊條直徑的4倍。

經(jīng)過5晝夜的努力，鍋爐鋼架前、后側(cè)共4根主斜撐與法蘭板全部焊接完成。經(jīng)外觀檢測無焊接質(zhì)量缺陷，未發(fā)生焊縫裂紋、未熔透、咬邊、夾渣及其他焊接質(zhì)量缺陷。經(jīng)PT檢測，無內(nèi)在焊接質(zhì)量問題，具備鍋爐鋼架承載前、受熱面吊裝條件，保證了工程質(zhì)量和進(jìn)度，得到了監(jiān)理、甲方肯定。

（2）困難位置焊口焊接 本工程加熱面管排如二級過熱器、三級過熱器、一級再熱器、二級再熱器等因管排、管子間距都很小，施焊空間狹窄，每一部分焊口都有一部分位置肉眼無法觀測到，給焊接施工帶來了很大困難。因此，為了保證工程質(zhì)量，對這部分焊口，各方面均應(yīng)高度重視，最大限度的減少返工，如圖3所示。

具體施工方案如下：

圖2

圖3

第一，塔式鍋爐焊接最大難點(diǎn)在于管道焊接位置比較困難，因此，我們對進(jìn)場焊工進(jìn)行嚴(yán)格培訓(xùn)，確保焊接質(zhì)量的同時(shí)，檢驗(yàn)焊工自身的焊接熟練程度，合理安排焊接順序，集箱及爐內(nèi)管排分別從爐左、爐右、爐中間往兩側(cè)焊接。焊完一排，須射線檢測合格后，方可進(jìn)行下一管排的焊接，如果焊口返修位置比較容易施焊，可直接進(jìn)行下一管排的組對焊接。若施工工期要求緊，每個(gè)位置焊口可安排4對焊工同時(shí)焊接，最后在管排中間位置封口。這樣，中間封口處2～3排的焊口因?yàn)闆]有充足的焊接空間而必須同時(shí)進(jìn)行對口焊接，尤其現(xiàn)場省煤器管排、一級過熱器進(jìn)口管排及一級再熱器進(jìn)出口管排的間距比較小，局部位置肉眼無法觀察到，用往常用的焊接方法無法在該位置施焊，所以我們采用鏡面焊接的方法，此時(shí)焊工只能蹲在或是俯臥、躺在管子上，通過鏡面焊完剩余焊口。為此我們對全部高壓焊工分批進(jìn)行鏡面培訓(xùn)，每批培訓(xùn)10天，從中抽選焊接質(zhì)量較好的焊工，從事現(xiàn)場鏡面焊的焊接，如圖4所示。

現(xiàn)場使用的鏡面焊鏡子頭部是一塊不銹鋼雙面鏡，厚度為1mm，中間用一根鐵棍連接，尾部有一塊強(qiáng)磁吸附件，用于固定鏡架。

鏡面焊接要求：鏡面焊選擇內(nèi)填絲，所以在對口時(shí)鈍邊尺寸控制在0.5~1mm，便于焊工控制焊接溫度，降低焊工打底的難度，確保獲得熔合良好的根部焊縫。間隙控制在2.5~3mm，內(nèi)填絲時(shí)送絲自如，并且能夠方便觀察熔池。間隙且不易過大，這樣就不會(huì)造成根部內(nèi)凹，焊瘤缺陷。在焊接時(shí)，首先要擺放好鏡子的位置，要求便于肉眼通過鏡子的反射觀察焊縫的熔池狀況，更重要的是不影響焊槍的位置擺放和焊接過程中焊槍的行走、擺動(dòng)。

嚴(yán)格控制每一層焊縫表面成形以確保焊接質(zhì)量，這就要求焊工必須進(jìn)行嚴(yán)格的培訓(xùn)考試才能勝任該焊接工作，同時(shí)挑選焊接熟練、自身素質(zhì)高、責(zé)任心強(qiáng)的焊工，能對自己的焊接質(zhì)量嚴(yán)格控制。

第二，施工過程中，檢驗(yàn)人員應(yīng)對當(dāng)天焊口及時(shí)進(jìn)行RT檢測，防止焊口檢測滯后造成返修困難，避免焊口出現(xiàn)大面積返工，以致影響施工工期。

第三，檢測人員對每天所焊焊口應(yīng)做到及時(shí)跟蹤檢驗(yàn)。困難位置焊口的焊接應(yīng)選拔優(yōu)秀的焊工進(jìn)行施焊。

焊接以上部件之前，為保證施工質(zhì)量及進(jìn)度，首先須制定出合理、詳細(xì)的施工計(jì)劃，施工計(jì)劃中應(yīng)分清準(zhǔn)備、焊接、熱處理、檢測各工序之間的銜接關(guān)系及時(shí)間規(guī)定，保證焊接質(zhì)量。

（3）密封焊接 密封焊接主要包括水冷壁密封。水冷壁密封鰭片切割及焊接時(shí)容易咬傷管子，不注意焊接順序容易導(dǎo)致管屏變形。

針對以上情況，制定了以下措施：

圖4

第一，焊前編制專項(xiàng)焊接作業(yè)指導(dǎo)書，對作業(yè)人員進(jìn)行交底。

第二，水冷壁鰭片切割作業(yè)前聯(lián)合監(jiān)理對切割作業(yè)人員進(jìn)行技能鑒定，指定15名技術(shù)過硬的作業(yè)人員進(jìn)行鰭片切割作業(yè)。

第三，鰭片進(jìn)行適度修割、加裝均勻。管子對口焊接完畢，進(jìn)行加密封鰭片工作，光管間隙均勻，便于鰭片加裝均勻，焊口受焊縫的影響，間隙存在凸凹現(xiàn)象，則需要對鰭片進(jìn)行適度的切割修整，確保鰭片與管子外壁間隙均勻（焊縫寬度一致）。

第四，合理調(diào)整焊接速度、防止局部高溫變形。焊接時(shí)，禁止一次大面積焊完，要留下焊縫冷卻的時(shí)間，可以采用焊工分班施焊制度，待焊縫冷卻后再接著施焊，降低組件（焊逢）溫度，防止變形。

第五，采用合理順序、消除焊接應(yīng)力變形。焊接順序如圖5所示。

第一步：首先焊接所有編號為1的焊縫，數(shù)字1表示第一次焊接焊縫；第二步：接著焊接余下編號為2的焊縫，數(shù)字2表示第二次焊接焊縫；第三步：接著焊接余下編號為3的焊縫，數(shù)字3表示第三次焊接焊縫；第四步：焊接完成背面焊縫的焊接；第五步：上述四步焊完后，留下的正好是所有8的焊縫，則此時(shí)可以完成該部分焊縫的焊接。

圖5 焊接順序示意

經(jīng)過以上幾方面的控制措施，我們基本控制住了組件的焊接變形，且工藝優(yōu)良、外觀美觀，達(dá)到了工地、項(xiàng)目部及公司規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，收到了預(yù)期的效果，為創(chuàng)建精品工程，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3. 焊接質(zhì)量保障措施

項(xiàng)目部制定了詳細(xì)的焊接施工方案和質(zhì)量保證措施，嚴(yán)格過程控制，工程焊接質(zhì)量得到了有力保障，實(shí)現(xiàn)了：國產(chǎn)P92等鋼種的焊接完全符合工藝評定要求；2#鍋爐水壓受監(jiān)焊口65 789道，無損檢測65 789道，一次合格率為99.56 %，經(jīng)過鍋爐水壓試驗(yàn)，焊口無一滲漏；2#機(jī)四項(xiàng)管道436道，無損檢測一次合格率為100 %； 凝汽器換熱管焊接接頭94 048個(gè)，無損檢測一次合格率為98.7%；熱處理焊口數(shù)量22 811道，硬度檢測符合要求；光譜抽查共903 397點(diǎn)，焊口數(shù)8 802道，符合要求； 分項(xiàng)工程綜合評定驗(yàn)收項(xiàng)82項(xiàng)，優(yōu)良率100%。