汽包角焊縫缺陷修復中焊接與熱處理技術研究

摘 要：汽包是電站鍋爐最為關鍵的承壓部件，質量大、體積大，幾乎不能更換，目前對鍋爐汽包角焊縫修復非常慎重。針對某熱電公司DG670/13.7-8鍋爐汽包角焊縫修復過程中關鍵技術問題，研究了焊接與熱處理的關鍵技術，分析了實際工作過程當中的難點和關鍵控制點，為汽包角焊縫缺陷修復工作提供了非常重要的借鑒意義。

關鍵詞：汽包；焊縫缺陷；焊接；熱處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.003

1 研究背景及意義

電站鍋爐壽命關鍵在于汽包的壽命，汽包是一個體積大、質量大，幾乎不能更換的關鍵承壓部件，目前對在役鍋爐汽包角焊縫的修復工作非常慎重。本文以汽包角焊縫缺陷修復工作作為研究對象，對修復過程中焊接與熱處理的施工關鍵技術進行重點研究，確定了處理方案并實踐，為大型電站鍋爐汽包角焊縫缺陷修復提供了非常重要的借鑒意義。

2 汽包角焊縫缺陷修復焊接與熱處理研究總體介紹

8號鍋爐型號為DG670/13.7-8型鍋爐，汽包直徑為φ1600mm，壁厚95mm，材質為BHW35（13MnNiMo54），筒身長20000 mm，汽包全長21900 mm，重量為90噸[1]。與汽包連接的125根大管角焊縫存在原始焊接缺陷，部分缺陷當量尺寸超過6.5mm，已無計算壽命，必須進行處理。遂進行了更換管座、重新焊接，對汽包采用內部加熱、現場整體熱處理，并對修復前后外型尺寸、環縱焊縫和汽包筒體硬度進行了全面監督探傷，對電站汽包進行如此大的現場修復在國內并無先例，修復工作技術難度大、標準要求高，沒有現成經驗可供借鑒。在汽包角焊縫缺陷處理過程中焊接和熱處理技術十分關鍵，產生差錯可能造成無法估量的損失。

3 汽包管接頭去除與焊接

3.1 汽包管接頭清除、焊接區域打磨

3.1.1 汽包管接頭角焊縫設計型式

除給水套管與汽包筒壁的角焊縫外，汽水連通管、飽和蒸汽引出管和事故放水管與汽包筒壁角焊縫均有深度4mm的沉孔，沉孔形狀與尺寸如圖1所示。

3.1.2 管接頭角焊縫清除、焊接區域打磨

管接頭角焊縫采用機械方法進行清除[2]，清除的技術要點是：

（1）管接頭對接焊縫在聯接管和集中降水管固定以及位移指示裝置安裝完成后進行；

（2）管接頭角焊縫切割與打磨重點是清除原焊縫缺陷、清除焊縫缺陷的擴展缺陷；

（3）汽包壁厚方向上清除角焊縫根部距離汽包外表面不少于5mm；

（4）采用滲透檢驗方法進行檢驗，檢驗區域包括管孔周圍打磨區域、汽包管孔。

3.1.3 施工過程

（1）管接頭切割前準備工作。對汽包聯接管道和集中降水管等進行固定。

（2）按照技術要求進行角焊縫去除、打磨。

3.1.4 管接頭角焊縫缺陷清除部位滲透探傷

清除完畢，管接頭角焊縫缺陷清除部位滲透探傷，未發現表面開口性缺陷。

3.2 汽包修復焊接技術

3.2.1 角焊縫焊接前進行整體加熱（焊接前預熱見本文第4條款），經確定，焊接工藝如下

（1）集中下降管固定裝置的角焊縫采用SMAW焊接。選用J507、φ3.2mm 焊條，焊接電流125A-130A，電弧電壓 23V-25V。焊前預熱100℃-150℃，層間溫度不低于預熱溫度，焊后經后熱和焊后熱處理。

（2）給水管套管和給水管接頭角焊縫采用SMAW焊接。選用J507RH、φ3.2mm焊條，焊接電流125A-130A，電弧電壓 23V-25V。管接頭焊縫在地面組合完成。采用GTAW+SMAW 堆焊角焊縫去除區域，堆焊完后，用磨光機修整焊接區域，使堆焊區外面與汽包外壁齊平，內壁與管孔內齊平。

（3）管接頭角焊縫焊接時采用GTAW打底，SMAW填充、蓋面，多層多道焊接。焊材選用TIG-J50焊絲和J507RH 超低氫高韌性焊條。GTAW堆焊和打底焊過程中，汽包控制以下參數：壁溫100℃-150℃，焊接電流100A-110A，電弧電壓12V-15V。SMAW填充和蓋面過程中，汽包控制以下參數：壁溫200℃-300℃并保持層間溫度，焊接電流 120A-160A，電弧電壓22V-28V，具體見表1管接頭與汽包筒體角焊縫焊接參數。汽包的熱處理降溫到 250℃左右時，開始焊接管接頭對接焊縫，焊接方法為GTAW打底，SMAW填充和蓋面，焊材與焊接參數同角焊縫焊接，見表2管接頭對接焊縫焊接參數。

3.2.2 焊接施工要點

（1）GTAW兩層打底提高根層焊縫質量。焊接時，專人在對面檢查打底焊根層質量，防止打底焊縫未焊透、成形不良等缺陷。出現缺陷時，采用磨光機打磨的方法消除。

（2）用超低氫高韌性J507RH焊條填充和蓋面，提高焊縫金屬塑韌性，降低焊縫金屬擴散氫含量，減小焊接接頭焊接應力，降低接頭裂紋傾向。

（3）重點檢查點焊固定質量。汽包整體加熱到 100℃-150℃時采用 GTAW點焊固定，固定3點，在坡口整圈均勻分布，每點點固焊縫長度為10mm-20mm。點固焊完后檢查錯口情況、對口間隙和點固焊縫有無缺陷，發現有問題的焊點磨掉重新點焊；用角尺、水平尺檢查管接頭垂直度，垂直度超標的，磨掉點固焊點重新點焊。

（4）焊接過程中每一層均進行檢查。

（5）層間焊縫清理、缺陷處理均采用機械打磨方式，用磨光機、鋼絲刷、扁鏟等徹底清理焊渣及飛濺物，特別是焊縫接頭和坡口邊緣。

（6）對稱焊接。焊接施工時，汽包前后兩個區間對稱進行焊接；每一排管接頭焊接時，從汽包中間向兩端對稱進行。

3.2.3 焊接質量檢查

焊前對母材、焊材、坡口清理和對口間隙等進行檢查；焊接過程中對層間溫度、層間焊接質量、焊接工藝規范等進行檢查；焊后對角焊縫進行外觀、硬度檢查，100%超聲波檢測，對接焊縫另加10%比例射線檢查。檢查結果表明，焊縫質量良好，外觀未見超標缺陷，焊縫質量合格率100%。

4 汽包管接頭修復熱處理

4.1 集中下降管固定裝置熱處理

集中下降管的固定裝置焊前預熱、焊后熱及焊后熱處理工藝采用氧氣-乙炔火焰加熱，測溫儀測量溫度。焊前的預熱100℃-150℃；后熱350℃-400℃，并恒溫30min保溫緩冷；焊后進行 600℃±10℃回火，恒溫30min保溫緩冷。熱處理工藝如表3所示。

4.2 汽包整體熱處理

經研究確定，汽包加熱作業流程采取整體加熱工藝進行焊前預熱、焊后后熱、焊后熱處理。

4.2.1 汽包整體加熱作業流程

（1）管口封堵。汽包內部用4mm厚鋼板、保溫棉對6個集中下降管、12個分散下降管的管口進行封堵，以防雜物落入或加熱過程中內部形成空氣流通通道。用保溫棉、管帽對汽包管口和聯接管管口進行封堵。

（2）拆除影響加熱裝置和汽包膨脹部件：汽包內部加藥管和排污管；分散降水管與鍋爐鋼架之間保溫層；與汽包相連的表管；水位計、安全門管道膨脹方向上的固定管卡等。

（3）保溫。焊接過程中，汽包保溫層每層厚度 30mm。熱處理前，汽包保溫 3 層90mm厚，保溫材料選用硅酸鋁保溫棉。

（4）加熱片和熱電偶逐片逐根進行檢查。

（5）布置加熱片、熱電偶。汽包內部布置118片柜架式加熱片，每個加熱片功率10kW，每3片一組（其中有2組為2片），呈三角形布置，布置形式如圖2所示，周向分區進行控溫。

（6）汽包內外部布置 40 組控溫熱電偶、36組測溫熱電偶，熱電偶采用氬弧焊點焊在汽包壁上，吊桿測溫熱電偶放于墊板與吊桿間隙中與吊桿緊密接觸；用5臺電腦溫控儀控溫，再加2臺記錄儀記錄溫度，保證修復過程中長時間安全穩定地連續加熱和保溫，并能可靠地控制各部溫度[2]。

（7）加熱裝置調試。加熱片分別連到5臺溫控儀上，熱電偶分別連到5臺電腦溫控儀和2臺記錄儀上，檢查加熱片無短路、斷路，熱電偶無斷偶和與汽包相碰現象。

（8）焊前預熱、層間保溫、焊后熱處理。GTAW+SMAW坡口堆焊、GTAW打底焊過程中預熱溫度100℃-150℃，SMAW填充和蓋面過程中汽包溫度200℃-300℃，后熱 250℃-350℃，6小時后降溫到室溫進行無損探傷。

（9）焊后熱處理。在探傷后，升溫至 300℃時恒溫進行焊縫缺陷處理。400℃時恒溫 3小時均溫。600℃恒溫6小時后保溫緩冷。汽包壁溫度高于300℃時，溫控儀控制汽包冷卻速度不大于25℃/h，低于300℃時關閉溫控儀，汽包在保溫條件下自然冷卻。

（10）溫度記錄。熱處理全程，除7臺記錄儀自動記錄外，每小時人工記錄一次各測點溫度。

4.3 熱處理記錄情況與結果檢驗

（1）熱處理記錄情況完整，7臺記錄儀開始加熱至溫控儀停機全過程自動記錄曲線、每個測溫點每小時 1 次人工記錄數據全面、準確無誤。

（2）根據溫度記錄，焊后熱處理從室溫到300℃升溫速度小于60℃/h，300℃-600℃升溫速度小于25℃/h，600℃-300℃降溫速度小時15℃/h，符合設定的熱處理工藝曲線。

（3）熱處理全程，汽包的內外壁溫差小于40℃，汽包的周向溫差小于70℃，符合東方鍋爐廠原始設計要求。

（4）記錄汽包吊桿最高溫度380℃，符合標準要求。

（5）修復后殘余應力測量表明，殘余應力在 21.3MPa～95.4MPa 之間，符合規程要求。

5 結論

本文研究了670t/h電站鍋爐汽包角焊縫修復過程中的焊接與熱處理關鍵技術問題，經實踐應用，焊接質量、熱處理工藝符合檢測要求。得到如下結論：

（1）嚴格按照焊接相關規程制定焊接工藝，并在過程中嚴格工藝管控至關重要。

（2）在熱處理過程，采用汽包整體加熱方案可行，并可以使汽包修復后損害降至最低。

（3）合理的焊接熱處理工藝是汽包角焊縫修復的關鍵。

參考文獻：

[1]東方鍋爐廠DG670/13.7-8鍋爐說明書[S].

[2]火力發電廠鍋爐汽包焊接修復技術導則（DL/T734—2000）[S].

作者簡介：李士峰（1980-），男，河北曲周人，本科，工程師，總經理助理，從事電力系統技術管理工作。