淺析鍋爐受熱面低合金鋼密封焊接質量控制

摘 要：某電廠鍋爐受熱面低合金鋼密封焊接施工正值冬季，溫度低、冷卻速度快，導致密封部位出現了不同程度的焊接裂紋。為了保證其安裝焊接質量，確保機組安全性、可靠性、經濟性，通過現狀調查對其產生的原因進行分析，并研究制定最佳解決方案，經現場實施和質量控制，有效避免了焊接裂紋的產生，保證了受熱面密封的焊接質量，為機組的安全、穩定運行提供了保證。

關鍵詞：鍋爐受熱面；受熱面密封；焊接；質量控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.152

1 引言

某熱燃煤機組鍋爐受熱面密封焊接部件材質主要為低合金鋼15CrMo、12Cr1MoV，由于焊接施工正值冬季，溫度低、冷卻速度快，導致密封部位出現了不同程度的焊接裂紋。通過對受熱面密封焊接情況進行調查統計，以每兩根管之間的密封做為一處檢查點，抽查100處，在該段內存在N處裂紋，則該段裂紋發生率為N/100×100%，經過現場調查發現受熱面密封中裂紋發生率達11.7%。

由于焊接裂紋是一種常見并且危險性極大的焊接缺陷，在焊接應力及其他致脆因素的共同作用下，焊接接頭中局部位置的金屬原子結合力遭到破壞而形成的新界面而產生縫隙。為此，必須找出裂紋產生的原因，制定解決方案，保證受熱面密封的焊接質量，為機組的安全、穩定運行提供保證。

2 原因分析

通過現狀調查對焊接裂紋的產生原因進行分析：

（1）焊件表面清理不徹底。通過檢查現場密封焊接區域、密封塞塊等表面是否將油污漆銹清理干凈，焊接區20mm范圍內有無異物，并隨機抽查523處經打磨后待焊區域的表面光潔度，統計發現打磨后的表面光潔度合格率僅為89.5%。

（2）焊接順序不當，導致應力集中。經現場調查發現：由于現場未能按擬定的焊接順序進行焊接作業導致焊接應力過大，從而加大了裂紋發生傾向，由于焊接順序不當，應力過于集中，導致受熱面嚴重變形，不符合標準規定的角變形≦1/100。

（3）層間溫度高、熱輸入過大。安排專人現場調查并統計焊接層間溫度及電流使用情況測量，層間溫度和焊接電流都超過了DL/T869《火力發電廠焊接技術規程》規定要求：Φ3.2mm焊條電流范圍90A-120A；Φ4.0mm焊條電流范圍130A-170A；12Cr1MoV材質鋼焊接層間溫度范圍200℃-300℃。

（4）焊后未緩冷處理。由于正值冬季施工，溫度低，使得焊縫冷卻速度過快，金屬熔液中的氫來不及溢出，增加了裂紋的發生率。所以現場要求對焊后及時執行100%焊后緩冷處理措施。通過現場進行調查發現焊接過程中未能按要求進行后熱或者緩冷等消減焊接應力措施，導致了裂紋的產生。

3 質量控制對策

結合低合金鋼焊接特性，通過對產生裂紋原因的詳細分析，運用“5W1H”研究確定5項要因并制定了相應對策。

4 對策實施

4.1 焊前將密封焊接區域、密封塞塊等表面油污漆銹等清理干凈

受熱面密封裂紋大多在焊后一段時間內產生，大多為延遲裂紋。氫是誘發延遲裂紋的最活躍因素，擴散氫含量較高，使接頭性能脆化，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成很強的拘束應力。

對此，要求現場焊接操作人員對焊接區域附近20mm范圍內母材和密封塞塊進行機械打磨，堅決清除焊接區域內存在油、污、漆、銹、氧化皮等異物，確保焊縫區域干凈，減少焊接過程中氫的吸入量。

4.2 擬定焊接順序，并確保現場正確執行。

由于現場調查發現易發生裂紋區域都存在較大的焊接變形，焊接變形本質上是金屬在不均勻分布的熱場分布下產生不均勻的塑性變形產生的橫向收縮和縱向收縮表現出來的變形。

經過對焊接變形進行分析，安裝焊接過程最明顯的是焊縫集中造成局部變形較大。高參數機組受熱面的管徑較小，管子和管子之間的間距比較小，進行局部施焊過程中金屬接受了較大的熱輸入，產生了較大的熱膨脹，而管子和鰭片不同的膨脹系數導致了不同的膨脹量，焊接順序不正確都會加大這一趨勢，最終產生了較大的焊接變形；并且在對口拼縫過程中施加的外力過大，進一步加重了焊接變形。

因此，焊接過程中制定了整體間隔跳焊焊法，如圖1所示焊接完a、c、e區域的焊縫后再焊接b、d、f區域，依次類推進行，有效降低相鄰管組間的焊接應力。在局部實施分散對稱法，控制次條焊縫和上條焊縫間距至少250mm，具備條件時最好雙面雙人對稱同時焊接的方式，效果更加理想，具體焊接順序如下圖2。

施工前對焊接操作人員進行詳細的技術交底，嚴格要求現場焊接順序按照以上方案實施，同時進行順序標記，確保施工人員明確焊接順序。

4.3 控制焊接層間溫度，控制熱輸入，減小焊接應力

為更好地控制焊接層間溫度，QC小組成員在方案實施過程中，緊盯現場施工，確保施工人員嚴格按照工藝執行，通過間接規范控制焊接電流，控制焊接熱輸入，規定Φ3.2焊條電流控制在120A以下，并控制焊接速度，保證焊道厚度不得超過焊條直徑，焊道寬度不得超過焊條直徑的4倍。

4.4 焊后采取后熱或緩冷方法，消減焊接應力

實踐和理論表明，焊后熱處理能夠有效降低焊接應力。受熱面局部密封焊接完畢后，按照規程要求固定好熱電偶、加熱片、保溫棉后將焊接密封部位加熱至300-400℃，保溫10min-30min后緩慢冷卻。個別困難位置采用烤把加熱至300℃，加熱過程中注意保持加熱寬度和溫度的均勻性，恒溫10min后覆蓋保溫棉冷卻至室溫。

5 效果檢查

經上述對策方案實施后，對受熱面密封焊縫各抽樣檢查，對存在缺陷率進行統計分析對比，如下表2所示：

通過統計對比可以看出，裂紋發生率降至了1.5%，有效控制了受熱面密封焊接裂紋的產生，確保機組運行后無漏煙、漏灰及其它質量隱患。

6 結論

通過現狀調查對其產生的原因進行分析，并研究制定最佳解決方案，經現場實施和質量控制，有效避免了焊接裂紋的產生，保證了受熱面密封的焊接質量，鍋爐水壓試驗一次成功，確保了該機組日后的安全穩定運行。同時編制形成《低合金鋼密封焊接施工標準》，推廣到其他項目低合金密封焊接質量應用中。

參考文獻：

[1]DL/T869-2012.火力發電廠焊接技術規程[S].北京：中國電力出版社，2012.

[2]DL/T819-2010.火力發電廠焊接熱處理技術規程[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3]公司焊接工藝評定手冊[Z].

作者簡介：張君發（1969-），男，山東平度人，本科，高級工程師，一級建造師，從事焊接管理工作。endprint