煤粉鍋爐水冷壁的焊接方法探究

李波濤，江一平，霍雅潔

(中國石油天然氣第一建設公司，河南 洛陽471000)

煤粉鍋爐水冷壁的焊接方法探究

李波濤，江一平，霍雅潔

(中國石油天然氣第一建設公司，河南 洛陽471000)

在煤粉鍋爐水冷壁管屏的管集箱和管排焊接時，有時由于處理不當會造成管屏產生波浪變形，個別鰭片出現密封裂紋等缺陷。另外，由于焊接時空間位置的限制，操作相當困難。為了保證管集箱和管排的焊接質量，減少焊接缺陷，更方便地進行焊接操作，設計了一種新型焊接方法，并進行了現場焊接試驗。對焊接試樣的檢測結果表明，該焊接方法可以取得較好的焊接效果，檢測一次合格率達到95％。

焊接；壓力容器；水冷壁；波浪變形

煤粉鍋爐屬于鍋爐和壓力容器的一種，為換熱容器。煤粉鍋爐水冷壁的主要作用是使工作介質在容器內進行熱交換。2015年，中國石油天然氣第一建設公司參與了玉門水電廠煤粉鍋爐施工，該鍋爐爐膛是用材質為20G的管集箱和管排焊接在一起形成水冷壁。其中管排由與集箱管口數相同的Φ60mm×5mm鋼管組成，中間用同種材質的扁鐵進行焊接。每排水冷壁焊口有19～64道不等，且焊口之間的間距為20mm。煤粉鍋爐水冷壁管屏在施工現場組合過程中，在管集箱和管排的焊接時，有時由于處理不當會使管屏出現嚴重的波浪變形，個別鰭片甚至會產生密封裂紋等缺陷。另外，由于焊接時空間位置的限制，操作相當困難。為了減少焊接缺陷、更方便地進行焊接操作，筆者設計了一種新型焊接方式，采用該焊接方式取得了較好的焊接效果。

1 焊前準備

1.1 焊前客觀因素分析

由于采用了組焊的焊接方法，通過對粉煤灰水冷壁的組成結構和材質分析，認為此次焊接過程中容易遇到以下問題：一是組對錯口過大，管排在制造中由于扁鐵寬度、焊接應力及焊接位置誤差造成管中心間距不一致，另外，在運輸過程中也會造成變形，進而反映在組焊時焊口上下、左右錯口過大；二是組對間隙變化，管排和集箱組焊時一次組對焊口數量為19～64不等，如果定位焊順序及點焊位置不合適，都會影響組對間隙的均勻性，使間隙變小、甚至擠死，這樣就必須把已定位好的焊口磨開重新組對。

1.2 材料選用

(1)鋼管。水冷壁材質為20G，鋼管規格為Φ60mm×5mm，整個水冷壁分為6扇管屏，每扇管屏都有89根鋼管，管與管之間的焊縫間距為20mm。

(2)焊接設備和焊材。選用奧泰ZX700D逆變直流焊機，焊材選用TIG-J50焊絲和J427焊條，規格均為Φ2.55mm，保護氣體為氬氣，純度不低于99.95％。

1.3 焊前材料處理

焊前用打磨機將水冷壁管排待焊坡口內外兩側距端頭15mm的范圍打磨光滑，直至露出金屬光澤，打磨好的焊口若不能及時焊接，需用防銹液涂刷。焊接接頭的坡口形式如圖1所示。由圖1可見，對焊坡口為帶鈍邊的單邊V形坡口，坡口角度45°，焊縫間隙為20mm。焊前將鋼管兩端用管塞堵住，防止焊接時穿管風影響氬氣的保護效果。

圖1 對焊接頭的坡口形式

2 水冷壁焊接工藝

2.1 焊前調整

水冷壁由于制造及運輸的原因，管口組對時錯口較大，必須進行校正。首先在組對前用粉線對管排及管集箱管口進行測量并修復，保證所有管口在同一個水平面，再根據錯口的大小，參照成排管的外觀尺寸，把鋼管之間的扁鐵切割開一定間距，左右錯口用三角木加外力來調整，上下錯口用氧氣乙炔火焰校正或用撬棍調整，以便達到滿意的對口及成排管整體尺寸要求。

2.2 組焊操作方法

2.2.1 定位

定位時要考慮焊接過程中由于熱脹冷縮而造成的收縮變形，若定位順序不對，會使裝配好的間隙變小，甚至擠死。因此，操作中先定位管屏中兩端及中間的3根焊管，固定后控制好成排的整體尺寸，然后左右對稱交錯定位其他焊口。定位過程中注意觀察未定位的焊口變化，先定位間隙小的，這樣可以避免因焊接變形而導致間隙過小的焊縫出現擠死現象。

2.2.2 點位焊

點位焊必須按工藝要求，所使用的焊絲應和正式焊接所使用的焊絲相同。因該焊件要求單面焊雙面成形，故定位焊必須焊透。點位焊縫不能過大，以免焊接到定位焊縫接頭處，根部熔合不良而產生斷頭或未熔合。特別是水平位置應增大定位焊縫的修磨坡口，兩端成斜坡狀，以便焊至此處時，使焊縫接頭過渡良好。點位焊位置必須在12點和6點位置，現場施工照片如圖2所示。

圖2 點位焊各點位置及現場施工照片

2.2.3 打底焊和蓋面焊

因為焊口成排狀且焊口之間的間隙過小，焊口分3點和9點上下兩部分焊接。下半部分6點到3點、6點到9點位置焊接時，管排下面焊絲送不到位，需要兩名焊工相互配合，一名焊工在下面拿焊槍擺動，一名焊工在管排上面看熔池狀況遞送焊絲。送絲方式需根據不同位置來調整，目的是保證仰焊位置不凹陷，平焊位置不產生焊瘤。由于仰焊位置熔池溫度低，焊接時焊絲熔滴應滴在熔池后方。平焊位置因為重力作用，并且焊接到此位置管子溫度最高，熔池容易下墜，所以熔滴滴在坡口根部相比其他位置要少，從而防止了焊瘤的形成。蓋面焊采用手工電弧焊，焊條為J507，一般要求打底焊完成后立即進行蓋面焊，若時間過長，蓋面焊前要求用氧氣乙炔加熱除去水分，并清理可能出現的銹、泥等雜物。

2.3 焊后處理

每道焊口焊接完成后都要進行返修。磨光機能打磨到的地方和一般返修方法一樣，磨光機打磨不到的位置則用直磨機安裝錐形合金頭進行打磨。為避免直磨機打磨導致根部間隙過大，坡口角度和根部間隙處用三角銼修磨為佳。

2.4 焊接注意事項

(1)焊接時要采用具有起弧和滅弧衰減功能的高頻引弧，且具有提前送氣和滯后送氣功能的焊機。焊槍要選用槍頭能轉動的軟頭。焊接過程中要在3點和9點位置調節焊槍傾斜角度，目的是避免收弧不當產生弧坑裂紋和縮孔。

(2)為了操作安全，焊接胎具要牢固可靠，且離地面高度為800mm左右；使用磨光機和直磨機修磨時要用力均勻，以免用力過猛對操作人員造成傷害。

3 結論

(1)焊接過程中，要嚴格控制好焊機的電壓，且要保證焊前保護氣體到位，這是保證焊接質量的前提。

(2)該方法前期的組對和準備條件必須嚴格按照要求執行，打底焊過程中兩個人必須配合默契。

(3)焊后處理必不可少，這是探傷檢測前的最后一道工序，一定要細心。

(4)使用該方法焊接取得了滿意的效果，檢測一次合格率達到95％。

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Pulverized Coal Fired Boiler Water Wall Welding Method Exploration

LI Botao，JIANG Yiping，HUO Yajie
(China National Petroleum First Construction Company,Luoyang 471000,Henan,China)

During tube header and tube bundle welding of pulverized coal fired boiler water wall tube,sometimes due to improper handling can cause severe wave tube deformation,individual fins seal defects such as cracks.In addition,because of the limitation of space position during welding,the operation is very difficult.In order to ensure the welding quality of tube header and tube bundle,reduce welding defects,more easily to conduct welding operation,a new welding way was designed.And the site-welding experiment for this welding way was carried out.The test results of welding sample showed that this welding method can obtain good effect,and once qualified rate reached 95％.

welding;pressure vessel;water wall;wave transformation

TG406

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.09.015

李波濤(1975—),男,河南洛陽人,中國石油天然氣第一建設公司高級技師,主要從事施工現場焊接工藝研究。

2016-06-06

羅 剛