廢熱鍋爐爐管焊接裂紋的分析與改造

王振坤

(陜西化建工程有限責任公司，陜西 楊凌 712100)

1 裂紋產(chǎn)生機理

1.1 產(chǎn)生機理

從其具體的結(jié)晶理論當中能夠得出，金屬在結(jié)晶的時候，先進行結(jié)晶的金屬往往比較純，其中所包含的雜質(zhì)比較少；后面結(jié)晶的金屬其雜質(zhì)相對比較多一些，會使雜質(zhì)大多數(shù)都堆積在結(jié)晶晶粒的前端，最后再富集到晶界處[1]。這些雜質(zhì)通常能夠形成低熔點的共晶體，當其在進行結(jié)晶的時候，就會被完全排擠到柱狀晶對頭的中心部位，以此形成液態(tài)薄膜。因為先凝固焊縫金屬收縮之后會使冷卻的焊縫中心位置受到相關(guān)拉伸內(nèi)應(yīng)力，這時候焊縫之中所形成的這個液態(tài)薄膜就會被拉開，以此產(chǎn)生結(jié)晶裂紋。

1.2 產(chǎn)生過程

通常情況下熔池金屬在結(jié)晶的時候，主要分為三個階段：

第一階段，液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變。熔池金屬從高溫向著低溫冷卻，當其快要接近固相線的時候，就會開始結(jié)晶。最開始的時候，只有一些少量的晶核會在溫度不斷變低的情況下漸漸長大，以此產(chǎn)生新的晶核。在整個結(jié)晶的初始階段，整體是液相，同時在生長出晶核的過程中并不會直接接觸，液體金屬能夠在晶粒之間靈活自由地流動。在整個階段之中，雖然有拉伸應(yīng)力存在，但是自由流動的液態(tài)金屬可以及時有效地去填充拉開來的縫隙，因此也就不會產(chǎn)生裂縫。

第二階段，固態(tài)向液體轉(zhuǎn)變。伴隨著溫度的持續(xù)變低，結(jié)晶會不斷發(fā)生，同時晶粒也會不斷增長且變大，由此使得固相所占據(jù)的比重變得越來越大。已經(jīng)凝固的固相之間是直接相互接觸的，其中液體的金屬相對比較少，主要是低熔點的共晶體，因此整體流動非常困難。在拉伸應(yīng)力的作用之下所產(chǎn)生的分析是不能被液態(tài)金屬所填滿的，所以當其拉伸應(yīng)力達到了一定程度時，就會出現(xiàn)裂紋[2]。

第三階段，完全凝固。由于其溫度持續(xù)變低，熔池金屬已經(jīng)完全凝固，并形成了固態(tài)的焊縫。這個時候，倘若受到拉伸應(yīng)力的影響，其形變就不會再集中于晶粒的邊界，而是變成整個焊縫均勻地承擔。因為焊縫金屬本身具有極強的塑性以及強度，所以這時候也是難以產(chǎn)生裂紋的。

從這些分析之中能夠發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶裂紋主要是由雜質(zhì)導(dǎo)致的低熔點共晶體所引發(fā)的。在最開始進行焊接的時候，金屬在受到熱度之后其部分就會產(chǎn)生膨脹，但是周圍的金屬卻是處在冷卻狀態(tài)之中的，由此使得焊縫金屬的膨脹受到阻礙，從而受到更多壓縮應(yīng)力，這時候是不會產(chǎn)生裂紋的。但是在焊接的熱源移動以后，焊縫金屬就會出現(xiàn)收縮的情況，同時周邊的金屬就會阻止其金屬進行收縮，這樣焊接的金屬就會在拉伸應(yīng)力的影響之下產(chǎn)生裂紋[3]。

一般當整個鍋爐處在半干鍋的狀態(tài)之中，又馬上給其中注入冷水，爐管和管板之間的連接就會受到這種拉伸作用的影響，使原先的結(jié)晶裂紋變大，從而就會使已經(jīng)處理好的裂紋再次受到影響，從而出現(xiàn)泄漏的情況。

2 檢修改造方案

2.1 檢修

在對裂紋進行檢修的時候通常可以從這幾個方面入手：

第一，給鍋爐水包和汽包之中灌滿水，通過加壓泵把水壓漸漸升到鍋爐其整體操作壓力的大約1.25倍，然后再去進行降壓。同時為了確保檢查的細致性，還可以使用小錘子輕輕地錘擊爐管。

第二，在檢查煙道以及爐膛的時候，必須要看其列管是否存在滲水的情況，并對壓力表進行觀察，看其是否存在降壓的情況，同時對爐管泄漏的位置進行記錄。

第三，等到試壓的壓力降到零之后，檢修工作者再分別進入到水包及汽包之中，找到出現(xiàn)泄漏的爐管。同時再對其焊縫重新進行除油和打磨的處理，一直到裂紋全部消除之后再停止，然后再重點進行補焊操作。

第四，在焊接的過程中必須要有效控制焊縫之中雜質(zhì)的含量，同時焊接人員必須要使用最先進的焊接手法和工藝，以防止焊縫出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。

2.2 注意事項

在檢查改造的過程中，為了有效降低焊縫金屬本身的應(yīng)變率，降低裂紋可能會出現(xiàn)的概率，那么就可以適當提高預(yù)熱的溫度。為了將焊接頭結(jié)晶裂紋產(chǎn)生的概率降到最低，還必須要降低應(yīng)變量以及增長率，所以這就必須要對具體的焊接順序進行合理安排。通常焊接材料及方法一致的情況下，會因為焊接順序安排得不合理，而出現(xiàn)結(jié)晶裂紋。另外在對管板和爐管進行焊接的時候，所運用的同心圓及平行線的方式都不會使應(yīng)力變得松弛，對此這就必須要使用放射交叉式的焊接順序才可以有效降低并分散應(yīng)力[4]。焊接的時候還必須要適當將焊縫的寬度增大，同時將焊縫的形狀系數(shù)提升上去，以此降低雜質(zhì)偏析，提高抗裂性。在焊接完成之后還需要采取著色探傷的形式，對焊縫進行重點檢查，一旦存在缺陷必須要馬上返工，一直到最終完全沒有缺陷為止。在給水包和汽包灌滿水之后，必須要依照具體的規(guī)定實施水壓試驗。在確定爐管是否存在泄漏之后，將汽包、水包以及爐膛入孔全部實施封閉起來。

3 結(jié)語

總之，給廢熱鍋爐其爐管和管板之間的連接采用脹焊并用的形式，同時將其焊縫的形狀系數(shù)以及預(yù)熱溫度提高，并選擇最適合的線能量，可以最大程度上降低焊縫結(jié)晶裂紋的產(chǎn)生，幫助企業(yè)降低維修改造成本，確保其生產(chǎn)效益。