電廠不銹鋼復合板煤斗焊接技術

劉福新（中國能源建設集團廣東電力工程局有限公司，廣東 廣州 510735）

電廠不銹鋼復合板煤斗焊接技術

劉福新
（中國能源建設集團廣東電力工程局有限公司，廣東 廣州 510735）

摘 要：本文介紹了鋼煤斗錐體不銹鋼復合板材料，現場焊接工藝方法及焊后熱處理，焊接環境要求以及焊接過程質量管理等方面，總結了不銹鋼復合板鋼煤斗的焊接施工技術要點。

關鍵詞：不銹鋼復合板煤斗；焊接；技術；管理

傳統的燃煤發電廠鋼煤斗材料為碳鋼Q235和Q345，后來在鋼煤斗錐筒段內壁增加2mm～3mm厚的不銹鋼板，以提高鋼煤斗的耐磨性和抗腐蝕性。鋼煤斗錐筒段采用不銹鋼復合板，其優點是基層承受荷載，復層耐磨，材料性能得到充分發揮，節約材料，是未來的發展方向。本文以茂名電廠7#機為例闡述不銹鋼復合板煤斗焊接。

圖1 不銹鋼復合板焊接順序

1 工程及材料介紹

茂名電廠7#機工程由廣東電力設計研究院設計，煤倉間鋼煤斗共6個，位于C～D列的2～8軸之間。每個鋼煤斗由16個支座底板支撐，支座節為30mm （Q235B）鋼板的直筒體，高度2.9m，底面標高為27.97m。支座節上節為10mm （Q235B）鋼板的直筒體，高度為5.6m，頂面標高36.47m。支座節上口以下300mm處與錐體角焊縫連接，錐筒段采用12mm不銹鋼復合板制作，高度為4.87m，底面標高為25.70m。煤斗上口直徑9.4m，下口直徑4.86m，總高度10.77m。鋼煤斗錐筒段之間連接采用對接焊方式。鋼煤斗錐筒段為不銹鋼復合板，基層材料為10mm Q235B，主要用來保證鋼材的強度；復層金屬為不銹鋼2mm 1Cr13，防止腐蝕的作用。

不銹鋼復合板鋼煤斗焊接特點：不銹鋼復合板煤斗錐筒段基層材料的焊接為同種碳素鋼之間的焊接，復層金屬為同種不銹鋼之間的焊接。鋼煤斗基層和復層之間為異種材料的焊接。異種鋼焊接接頭的焊縫區，其熔池的化學成份和焊縫區不同，形成過渡層，雖然過渡層在整個焊縫金屬中所占的比例很少，但對整個焊縫的焊接性能的影響很大。

過渡層的金屬稀釋及性能變化：施焊時，由于在異種鋼焊接接頭的焊縫區，產生了碳遷移，即在碳素鋼的一側產生脫碳層，稱為金屬稀釋。由于金屬稀釋，使焊縫中奧氏體形成元素Cr﹑Ni含量減少，產生淬硬的馬氏體組織，由于鋼煤斗在工作過程中煤粒與內壁摩擦產生高溫，會進一步加劇其脆性的發展程度。過渡層在很多方面存在差異，例如化學成分﹑物理性能以及金相組織。性能的巨大差異集中了產生應力，焊縫的強度以及塑性被大幅度降低。同時過渡層的界面膨脹系數的差異導致了殘余應力的出現，不銹鋼復合板焊縫區會受到影響而產生應力腐蝕裂紋。

由于過渡層的這些特點，在過渡層焊接時，應該采取合理的工藝措施，減少碳遷移，減少合金元素的稀釋和燒損。

2 焊接工藝

2.1 鋼煤斗錐筒段施工工藝流程：組裝→點焊→預熱→基層（外口）施焊→背部清根→過渡層（里口）施焊 →復層（里口）焊接→焊后熱處理→自檢/專檢→無損檢驗 ，如圖1所示。

2.2 焊接工藝認可試驗：根據施工圖和規范要求，采用相同的不銹鋼復合板﹑焊接施工環境條件﹑材料﹑設備﹑方法﹑焊接坡口（相同的坡口間隙﹑鈍邊﹑坡口角度）進行焊接工藝試驗。焊接試板應進行拉伸﹑彎曲﹑沖擊試驗，并滿足規范要求。

2.3 焊接材料的選用

焊縫的組織和性能在很大程度上取決于焊接材料。焊接材料的選用須在確保焊接結構安全﹑可靠使用的前提下，根據被焊材料的化學成分﹑力學性能﹑板厚及接頭形式﹑焊接結構特點﹑受力狀態﹑結構使用條件對焊縫性能的要求﹑焊接施工條件和技術經濟效益等綜合評價。基層碳鋼之間的焊接采用E4303焊條。復層同種不銹鋼的焊接選用A307焊條。為了對Cr﹑Ni等在稀釋作用下降低的合金元素進行補償，需要焊接過渡層，因此要慎重選擇不銹鋼復合板過渡層所用的焊接材料，從而將復層焊縫中的合金成分維持在原有的程度。不銹鋼焊縫中的合金成分在過渡層焊接的過程中，由于基層鋼結構局部出現了熔化現象所以有所降低，并且例如Ni﹑Cr等合金元素會被燒損，這樣一來不銹鋼焊縫中的含碳量就會由于合金元素含量的降低而增加，導致不銹鋼焊縫中形成馬氏體組織，其硬而脆的特征對于焊接接頭的耐腐蝕性﹑韌性以及塑性都帶來很大的影響。所以在實際的施工中選用的焊接材料要含有較高的合金元素，含碳量要低，這樣才能對損失的合金元素進行補償，保持過度層的合金性能合理，同時出于抗裂性的考慮要對焊縫的稀釋率進行控制。在正常的焊接參數下，得到雙相組織的焊縫，避免產生大量馬氏體組織和焊接冷裂紋。采用A307焊條。

2.4 坡口形式：V型坡口，由不銹鋼復合板廠家用刨邊機加工坡口。

2.5 焊接方法：采用手工電弧焊（D）。手工焊操作簡便，焊熔合比小，稀釋率低，焊接擴散小，可減小過渡層厚度。

2.6 錐筒段現場焊接

煤斗組裝時定位焊應在基層一側，不得在復層及在隨后一層焊道上引弧。應防止飛濺物玷污復層材料表層。

錐筒段焊接分三個步驟：①焊接基層，在焊接過程中應從引弧板開始施焊，收弧板上結束?；鶎雍附訒r第一層必須使用小規范（電流100A～130A）操作，保證基層焊縫不會熔化到過渡層去，避免不銹鋼中的Cr﹑Ni等成分在稀釋作用下進入碳素鋼焊縫，硬化形成馬氏體組織；同時要采用二人對稱施焊的方法來進行每一個焊縫接頭的焊接工作，這樣可以起到防止焊接變形的作用，焊接方向由中間向兩邊施焊并與前一層相反，每層焊接接頭應錯開15mm～20mm?；鶎雍附油瓿梢院?，采用機加工式磨削的方法進行清根，焊縫使用角磨機來進行機械打磨，將焊縫表面的滲碳清理干凈直到露出金屬光澤，防止表層因碳化嚴重產生裂紋。②在過渡層的焊接中尤其要注意熔深要盡量淺，盡量避免基層材料稀釋耐熔敷金屬，對于這個階段的焊接工作來說，實質上就是將耐蝕金屬堆焊在基層材料上。在保證可以焊透的前提下施焊時候盡量選用小直徑的焊條和小電流反極性。③復層的焊接無需預熱，選用較小的焊接熱輸入和電流快速焊接，準備冷卻措施在必要的時候使用，將焊縫池溫度停留在400℃～850℃的溫度區間的時間盡量減少，防止焊縫產生奧氏體晶界局部貧鉻，析出σ脆性相，產生475℃脆性，這樣對焊縫金屬的力學性能和抗晶間腐蝕性能都有了良好的保證。焊接后應徹底清理焊渣。所有對接焊縫均應焊透，質量等級為二級（超聲波探傷抽檢比例為20%），其余角焊縫為三級。

2.7 焊后熱處理：一般來說不銹鋼復合板沒必要進行焊后熱處理這一步驟，如果有特殊情況需要進行的時候，需要注意的是防止焊接接頭以及復層母材料中析出鉻碳化物以及形成σ相。焊后熱處理的溫度應該進行控制，保持在不銹鋼的敏化溫度區間之內，采用“低溫長時”的熱處理方法，也就是將熱處理的溫度適當降低一點，但是延長處理的時間，對不銹鋼的耐腐蝕性能進行了一定保護，避免產生晶間腐蝕裂紋。

2.8 焊接要求及注意事項：①焊接場所應搭設防風﹑雨﹑雪﹑寒的遮棚；②煤斗組裝控制錯邊量，不銹鋼復合板錯邊對焊接影響很大（錯邊量過大時，碳鋼很容易滲入不銹鋼焊縫中，以致焊后產生裂紋或焊后復層焊縫生銹），因此應在裝配時嚴格控制坡口的錯邊量，是保證其強度和耐腐蝕性能的一個關鍵。（a）嚴格按照錐體展開尺寸計算長度下料，保證下料尺寸準確；（b）保證錐筒節卷圓質量控制圓度；（c）坡口形式尺寸標注以復層為基準，確保錯邊量不超標；（d）組對時以復層為基準，防止復層錯邊量超標。③坡口應打磨干凈，焊縫表面光潔，無尖銳缺口，嚴禁不銹鋼滲碳。 組裝固定后再施焊，以防產生變形和附加應力。

2.9 焊接施工管理：進行焊接工藝評定并編制焊接施工作業指導書，焊接時嚴格執行工藝技術規程。加強焊工管理，焊條應按要求烘焙和保溫。施工過程中技術人員檢查煤斗裝配尺寸﹑焊縫坡口加工﹑表面處理情況﹑焊接規范參數﹑設備的運行情況，工藝執行情況﹑焊縫尺寸﹑結構變形等。質檢人員應選擇適當的檢驗控制點，發現外觀不合格的焊縫在現場做出明顯標記，通知焊工按工藝要求進行補焊。對重要焊縫進行超聲波檢測，探傷人員將超標缺陷以“焊口返修通知單”的形式傳送給質檢員，組織人員進行返修，保證焊接質量。

結語

經過施工的驗證，此焊接技術工藝有效，能夠保證焊接質量。不銹鋼復合板煤斗現場焊接是關鍵工序，通過完善焊接施工質量保證體系，圍繞工程質量主動開展管理工作，創造優質工程。

參考文獻

中圖分類號：TG457.5

文獻標識碼：A