鍋爐主蒸汽管道空氣管角焊泄漏原因查找

吳衛華（湖南特檢院懷化分院　湖南懷化　418000）

鍋爐主蒸汽管道空氣管角焊泄漏原因查找

吳衛華
（湖南特檢院懷化分院湖南懷化418000）

鍋爐角焊泄露嚴重威脅了鍋爐的安全運行，需要針對其泄露的原因找出減少這種缺陷的方法，保證鍋爐的使用安全。本文主要從鍋爐主蒸汽管道空氣管角焊泄露出發，簡述了引發泄露的原因，并且提出相應的解決措施，以徹底消除主蒸汽管道空氣管角焊縫泄露。希望本文能為相關人員帶來一定的幫助。

鍋爐；主蒸汽管道；空氣管；角焊泄露

1　引言

在平時的生產生活中，鍋爐已經成為重要的設備，在諸多方面都發揮了巨大的作用。我們知道，采用角焊縫結構可以縮短生產周期、簡化制造工藝以及節省費用，但是鍋爐在經過一段時間的運行使用之后，角焊結構部位往往都會產生一些問題，輕者影響鍋爐的使用，重者則會對人們的生命財產安全造成威脅。鍋爐主蒸汽管道空氣管作為鍋爐中的重要部件，對鍋爐的使用安全具有重要影響，所以及時發現空氣管角焊泄露問題，并及時排除問題隱患是鍋爐使用的重中之重。

2　角焊縫結構種類及應力分析

2.1角焊縫結構種類

角焊縫一般可定義為用焊接的方式連接兩個成直角或者一定角度的表面的焊縫結構，焊縫的截面是一個近似的三角形。

2.1.1雙邊V形坡口的焊縫接頭

這種接頭按照實際承受載荷的情況，可以歸入對接焊縫，而對于單邊拉伸的載荷情況，則可以當作角焊縫結構。

2.1.2單邊V形坡口的角焊縫

這是一種可以承受設計要求載荷的單邊焊透型焊縫，這種焊縫有時又被稱為角接焊縫。為了減少焊縫缺口效應，經常要求在未開坡口的一側進行填角焊。

2.1.3不開坡口的雙面角焊縫

這是一種輔助作用的構件，可以承受輕微的載荷，也可能不承受任何載荷，只需要把構件連接起來。

2.2應力分析

因受焊縫外形、載荷分布等因素的影響，角焊縫接頭中的應力情況比較復雜。一般可以把這些應力扥為壓應力、剪應力以及拉應力等。由于角焊縫在特殊場合的應用可以節約巨大成本，所以人們總是盡可能擴大角焊縫的使用范圍。為了降低角焊縫應力集中帶來的不利影響，可以采取以下措施：

（1）角焊縫截面形式的優化選擇

可以有效改善角焊縫內的應力分布。

（2）在角焊縫另一側內角加背焊

從實驗結果來看，加背焊可以有效減緩應力集中，緩解疲勞強度。

（3）盡量采用全焊透結構。

（4）其他工藝措施

可以采用一些附加的工藝措施，例如：加熱、局部加壓、預先超載、砂輪打磨等措施，這些措施都會不同程度上降低應力集中。

3　空氣管接管角焊縫泄漏原因分析

3.1宏觀檢查

（1）首先進行現場勘查，找出泄露部位并進行標注。

（2）檢查空氣管、主蒸汽管道表面顏色是否有變化，并且檢查是否有過熱現象出現。

（3）檢查空氣管接管角焊縫是否是在根部產生，測量裂紋長度，并且判斷是否是造成泄露的主要根源。

（4）檢查角焊縫泄露是否對周邊部件造成影響，如果造成影響，則需要對受損部件進行檢查評估，并做好記錄。

3.2壁厚測量、光譜分析與滲透檢查

測量空氣管的規格、壁厚，使用光譜分析主蒸汽管材質以及焊縫熔敷金屬，根據空氣管探傷，測量出裂紋長度所占接管周長比例。

3.3裂紋產生原因分析

主要原因預測是主蒸汽管與空氣管為不同材質鋼材焊接連接，并且其熱處理與焊接工藝沒有達到規定的標準。同時主蒸汽管道與空氣管直接連接，沒有采用更加安全的加強標準接管座型式。根據已有經驗預測，空氣管線走向可能布置在固定壓力管槽鋼梁與充氮壓力管之間，當空氣管處于工作狀態時，由于來自空氣管內部的蒸汽壓力作用在固定壓力管槽鋼梁與充氮壓力管上，致使空氣管內部壓力膨脹受阻，進而導致空氣管角焊縫開裂泄露。圖1為空氣管線走向布置圖。

圖1　空氣管線走向布置圖

4　接管角焊縫裂紋消除方法

可以采用角向無齒鋸對焊縫根部對接管進行割除處理，并且使用融水紙將主汽管道進行封堵處理，需要特別注意的是，在進行操作的過程中要防止金屬雜物掉入管道內，操作結束后的多余焊肉需要使用角向磨光機進行打磨去除，在打磨過程中結合滲透檢查的方法進行檢測，直到確認裂紋完全被去除為止。

5　焊接材料的選取及要求

（1）氬弧焊絲采用鈰鎢極，氬氣的純度應該不低于99.99%。

（2）焊件在進行焊接之前需要將坡口表面以及附近母材表面、內部的銹、漆、油等雜質清理干凈，清理標準是直至材料露出金屬光澤為止。

（3）焊條應選用E5015-B2-V，焊絲應該選用TIG-R31。

6　管座配制加工

（1）重新配置接管座，確定材質、規格以及加工管段長，采用機械加工的方法對坡口進行加工，管子兩側坡口應加工成不同角度。圖2為重新配置接管座。

圖2　重新配置接管座

（2）對加工之后的坡口內外邊緣進行除銹處理，結合滲透探傷檢查空氣管無毛刺、重皮、裂紋等缺陷。

（3）新的空氣管必須經過光譜分析進行確認，加工之后的空氣管需要經過表面探傷檢查合格之后才可以進行使用。

7　空氣管座角焊縫焊接與熱處理工藝

7.1焊接環境

在進行焊接時，需要保證主汽管道與空氣管接管內沒有對流風，要避免焊接場所有過強的風力，并且焊接場所之內的環境溫度要高于10℃。

7.2焊接材料的準備

（1）焊絲在進行使用之前需要進行檢查驗收，在經過光譜分析之后，確認合格的才可以使用，在焊接現場需要注意的是焊接材料應該單獨進行存放。

（2）焊條在進行使用之前，需要按照要求進行烘干處理，焊接現場使用焊條時，需要按照規定將焊條放在專用的保溫桶之內，避免受潮，隨時用隨時取。

7.3焊前預熱溫度

接管座在進行焊接之前可以進行適當的預熱，預熱的溫度可以控制在150~200℃之間。

7.4焊接要求

7.4.1電焊

要注意鋼的合金量相差的大小，由于熔池中金屬液體的流動性較差，所以對焊接工藝的要求比較高，應該采用弱規范小電流、多道多層焊，并且控制輸入的線能量等方法進行焊接，只有這樣才可以保障焊接接頭的質量。電焊需要采用逆向起弧，電焊填充需要防止在焊道間隨意引弧而產生應力裂紋和氣孔，接頭處可以用角向砂輪機進行打磨，收弧時需要注意的是熔池必須填滿，這樣可以保證焊接之后不會產生弧坑裂紋。表1為電焊蓋面焊工藝。

7.4.2氬弧焊

表1　電焊蓋面焊工藝

管座角焊采用氬弧打底，表2為氬弧焊打底焊接工藝參數。

表2　氬弧焊打底焊接工藝參數

（1）充氬保護

為了避免產生延遲裂紋，防止主蒸汽管道鋼焊縫根部氧化，氬弧打底焊之前必須在管道內側進行充氬保護。充氬保護的方法主要是將氬氣通過接管座送至主蒸汽管道的內壁，形成密閉的氣室。

（2）焊口組對

將主蒸汽管道與空氣管接管加工坡口的一側進行連接，對口間隙需要保持一定的合適距離，需要進行垂直點固并且使用拐尺進行校準。

（3）預熱

在焊接之前可以適當的對主蒸汽管道施焊處進行預熱，可以采用履帶式加熱片對管道進行整體加熱，預熱溫度150～200℃，需要注意的是，要避免溫度過高，溫度過高會危害焊縫金屬的韌性。

（4）送絲均勻

收頭時要把電流減下來，要避免根部突出，填滿弧坑之后需要移向坡口邊沿收弧，這樣可以有效避免弧坑裂紋。可以使用角向砂輪機或者是鋼鋸條對焊縫進行清理，需要注意的是盡量避免重力打擊焊縫。

（5）控制溫度

控制好道、層之間的溫度，如果溫度過高，容易造成焊縫韌性降低，層間溫度最好控制在220～250℃，或者在降低一點之后再繼續進行焊接。

（6）需要隨時調整充氬方向并觀察焊縫背面的情況。

（7）保證厚度

打底焊時要盡量保證焊縫厚度，首先可以保證根部焊縫的氧化程度變慢，其次可以防止焊縫被電弧焊填充時燒穿。

（8）每層焊道厚度以焊條直徑為宜，采用弱規范小電流多到多層焊接。

7.5焊后熱處理工藝

熱處理的溫度為740～760℃，溫升溫降在100～150℃左右，在進行焊接之后需要緩冷至100～150℃并進行保溫，保溫約2h，300℃以下可以不控制，自由冷卻至室溫。

8　熱處理質量、焊接質量檢查

8.1硬度檢驗

對管座角焊縫進行硬度檢測，標準為GB/T17394。

8.2磁粉檢查對空氣管接管管座進行磁粉探傷，檢測標準為JB/T473.-

2005。

9　主蒸汽管道修復

將損壞的主蒸汽管道使用角向砂輪機進行打磨過度，經超聲波和滲透檢測無缺陷之后，檢測強度，如強度達標，則不必進行補焊。

10　結語

鍋爐作為生產生活中的重要設備，對我們生產生活具有重要作用，保障鍋爐的使用安全是鍋爐使用的重要方面。鍋爐主蒸汽管道空氣管作為鍋爐中的重要部件，對鍋爐的使用安全具有重要影響，在實踐中，只要嚴格按照要求進行施焊，加強對焊接接頭的監督檢測就可以防止故障的出現，所以及時發現空氣管角焊泄露問題，就可以保證機組長期安全經濟運行。

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TG441.7

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1673-0038（2015）52-0055-03

2015-12-12

吳衛華（1967-），男，工程師，本科，主要從事特種設備檢測工作。