淺述超臨界直流鍋爐膜式水冷壁制造過程質量控制點

摘要：鍋爐制造廠生產過程中，各制造車間鍋爐本體設備工作有序進行。文章通過闡述各部件在排圖布料、組裝等工藝過程中的質量控制要點，為電站鍋爐的制造安裝、運行維護提供了重要的參考資料。

關鍵詞：鍋爐；膜式水冷壁；制造；質量控制

中圖分類號：TK311 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0099-02

DG1900/25.4-II2型鍋爐爐膛寬為22 162.4 mm，深度為15 456.8 mm，高度為62 000 mm，整個爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，爐膛由下部螺旋盤繞上升水冷壁和上部垂直上升水冷壁兩個不同的結構組成，兩者間由過渡水冷壁和中間混合集箱轉換連接，爐膛四角為R150圓弧過渡結構。爐膛冷灰斗的傾斜角度為55°，底部除渣口的喉口寬度為1 243.2 mm。水冷壁受熱面各部件在制造過程中的主要質量控制點有下述幾個方面。

1 把好鰭片扁鋼原材質量關

在水冷壁的部件制造當中，出現過鰭片扁鋼在MPM自動跑屏后出現“裂紋”的現象，“裂紋”邊緣粗糙，呈鋸齒狀，尖端不尖銳，無分叉。曾有材料研究機構對該批扁鋼作過檢測分析，確認其屬于皮下缺陷，且多為夾雜物和折迭。此類缺陷沿縱向線性分布，對MT或PT檢測反應靈敏，肉眼分辨頗似裂紋。經顯微觀察夾雜物多為塑化硫化物，其尖端不尖銳；扁鋼化學成分合格，但存在偏析，系原坯料質量問題；由于扁鋼在多次扎制工程中溫度偏低，產生了線性硫化物夾層。在鰭片管屏生產焊接過程中因受應力作用而造成延性擴展，這是造成該線性缺陷的原因。

對未投用的扁鋼先后做了磁粉探傷和滲透探傷，發現磁粉探傷時扁鋼表面有線狀顯示，而滲透探傷時未見異常。這說明缺陷位于淺表層下。扁鋼確實存在因扎制工藝不當而產生的重皮、夾雜物，在應力作用下發生線性擴展，其實是一種撕裂，它具有裂紋的特征，具有裂紋的危害性。這是應該引起高度重視的一種缺陷。那么，除了嚴格按照工藝規范地對既存“裂紋”進行消缺處理外，該如何從根本上解決這個問題。第一，從原材料上嚴格把好質量關，不采用不合格的扁鋼，生產扁鋼的廠家應根據扁鋼的成份、規格來選擇坯料規格、確定熱扎或冷拉方式、扎制溫度、扎制壓下量、熱處理工藝，并嚴格遵守工藝進行扁鋼的加工生產。第二，加強MPM自動焊接組屏的質量控制。最大限度調整各焊道的線輸入量均勻一致，減少熱偏差。第三，組屏后盡快進行熱處理，消除焊接剩余應力。

2 鋼管上線前除銹工序存在的問題

在制造車間里，膜式管屏的組屏焊接在多惰龍門式焊接機上進行。在鋼管上MPM多頭龍門自動焊接機之前，有一道機械自動除銹清潔工序。在該工序上，鋼管在轉動的砂輪排上的前進速度由按事前輸入的參數決定的。除銹時注意的以下幾點：第一，在確保鋼管表面清潔合格（露出金屬光澤）的前提下，盡量控制除銹造成的管壁減薄。第二，加強過程監控和事后檢查。因為在機械除銹過程中，有時會因為轉動機械方面的問題，造成管子減薄嚴重，負偏差超標。或管子外壁某處機械損傷。該工序上多次出現水冷壁管在除銹過程中面積型機械損傷，應及時檢查發現，予以更換。

3 鰭片管扁鋼端部的繞焊工藝

“繞焊”通俗地講，就是在鰭片管扁鋼設計終止端部，進行焊接加工并打磨成U型狀的工藝，其目的在于避免在應力作用下扁鋼端部撕裂并擴展導致管子失效。在鍋爐部件的制造中，“繞焊”要求是比較高的，但是在鍋爐的安裝和檢修過程中，此工藝卻往往被人忽視。

DG1900/25.4-II2型直流鍋爐的垂直水冷壁上端部、水平煙道水冷壁出口端以及后包墻管部件，都大量地存在需要作“繞焊”處理的部位。其繞焊有三種類型，如圖1所示，其工藝要求各不相同：A型繞焊只簡單地要求在扁鋼的端部打磨成U型；B型繞焊要求在扁鋼端部兩側點焊，再打磨成U型；C型繞焊要求最高，要求把扁鋼端部打磨成U型，在其端部敷焊一層焊縫，然后把焊縫表面打磨平滑，并要求無損探傷。

在制造過程中要注意以下幾點：確保敷焊層或焊點尺寸，避免打磨時焊接金屬被徹底磨掉；打磨后確保U型弧度適中，成型美觀，表面平滑；加工過程中及時進行PT抽查，確保質量。

4 水冷壁制造車間MPM龍門式自動焊接跑屏常見

缺陷。

①扁鋼偏裝。安裝鰭片管時扁鋼偏離兩側管子的中心線，同一管屏如出現多處此類缺陷，將導節管距變窄、整屏尺寸偏差增大，安裝困難。運行中，因為受熱面積不同使管子間的熱偏差增大。

②MPM機導輪壓傷管子。一般來說，新管子直度都是合格的，但是在整捆管材的運輸、吊移過程中難免有些管子受力變形，這些少量的變形管子在MPM焊接中常常會被導輪壓傷或劃傷。

③扁鋼對接處漏焊及焊接缺陷。在組屏后沒有對扁鋼對接處進行手工焊接，而且扁鋼沒有按制造工藝要求事前制備坡口。這不僅會導致對接處所在截面應力集中，并且會在鍋爐在爐膛負壓運行工況下空氣從此處吸入，長時間將導致吹損并逐步擴大傷及兩側焊縫及管子。

5 鰭片管成屏彎制工藝常見問題

為了最大限度地減少水冷壁管間的熱偏差，超臨界直流鍋爐除了蒸發受熱面采用本生式垂直管屏結構外，中下部采用了螺旋上升管圈水冷壁。如DG1900/25.4-II2型即采用了上升角為19.471°的螺旋水冷壁，這樣管屏在制造過程中將進行90°彎制。此外，下部的冷灰斗水冷壁及中部后墻的折焰角部件也有不同角度要求的管屏彎制工藝。

①鰭片管組次大屏后，作第一次外觀質量檢查后便將送上彎管機進行整屏彎制，在該工段常見有以下幾個問題：第一，管屏在成排彎完成后，彎頭扁鋼的外側普遍存在縱向裂紋。產生裂紋的原因一方面這種次大屏進行小R大角度的冷態彎制對管子和扁鋼的力學性能是一種嚴峻的考驗，且扁鋼本身可能存在重皮、折迭等缺陷。對于中部螺旋水冷壁而言，成排彎時是沿斜線彎軸彎制的，這樣扁鋼必然還受到扭曲應力作用，這也增加了彎制后扁鋼縱向或橫向爆裂的可能性。第二，彎曲區域如果存在扁鋼的對接（拼接）焊縫接頭，那么彎制后該扁鋼對接接頭容易在應力作用下橫向爆裂，這樣，彎制時外弧的拉伸應力集中在管子的一個截面上，從而導致了該截面出現斷裂前的頸縮現象。這種缺陷如沒有及早發現，等到鍋爐運行時將很快從頸縮處爆裂失效（見圖2）。

②除了嚴格把好扁鋼質量外，防范及解決問題的方法還有：在直屏焊接前就標識出受彎區域，該區域裝配扁鋼時不留扁鋼對接接頭，鰭片角焊縫不留焊接接頭；嚴格控制鰭片角焊縫的厚度和凸度，彎制前對凸起、咬邊等焊接缺陷進行徹底消除；可考慮不先焊受彎區域鰭片角焊縫，彎制后再進行手工焊接；對于彎制后扁鋼出現的裂紋，要規范返修。并按一定的焊接順序在彎頭外弧扁鋼表面敷焊一道加強層。

6 過渡段穿墻管密封焊接注意事項

DG1900/25.4-II2型鍋爐在中部水冷壁螺旋管圈與上部垂直水冷壁之間設置了過渡段水冷壁：螺旋水冷壁出口管引出到爐外，進入螺旋水冷壁出口集箱，再由連接管引到混合集箱，充分混合后，由連接管引到垂直水冷壁的進口集箱，再由大量的小徑厚壁管子引入垂直水冷壁。

①這種過渡段水冷壁結構的復雜性，決定了它在制造工藝方面的特點：存在大量鋼管彎頭，管件彎制后的質量檢查非常重要；結構復雜，外觀質量檢查容易存在暗角或盲區；制造焊口數量巨大，焊接位置多樣，是焊接質量監控的重點部件。

②防范的措施有以下幾個方面：采用小規范焊接，焊接電流不能太大，但是這樣工作效率比較低；利用車間的行車對過渡段水冷壁翻轉一定角度，改變焊接位置，如角焊或仰焊，都可以解決容易出現咬邊的問題，但是這種做法的弊端就是半成品的過渡段水冷壁吊轉翻身時容易出現變形；因為位置的隱蔽性，轉入下一道工序前，應反復進行外觀檢查，直到全部咬邊超標缺陷全面返修現場消除；預制密封片時與管子留出間隙，在向火面采用擊穿焊法，全焊透，并保證焊縫高度，背火面不再焊接，避開了夾角焊接容易出現咬邊的問題。

7 水冷壁管屏端部坡口制備常見兩個問題

①水冷壁管屏的端部是指在制造車間，依部件加工圖加工成型相對獨立的鰭片管屏管子兩端。端部坡口的制備，一方面是工地對管屏進行組合安裝焊接的需要，另一方面是對屏管的制造尺寸進行較精確修整的重要工序。

②在水冷壁制造車間，管屏水壓試驗合格后，便轉入坡口制備工段，也稱”倒角”。對管屏端部進行劃線，打樣沖點，再以樣沖點為基準，留出坡口加工余量，（火焰或機械）割去水壓試驗的工裝套管，然后采用門吊式坡口機或手持式坡口機，進行坡口加工。坡口制備常見的問題有：火焰切割水壓試驗工裝套管時，割傷管子內壁又沒有及時發現；坡口端面與管中心線不垂直，偏斜度超標；坡口角度過大，如單V型坡口，a≥40°，修整后導致管子長度小于設計值，為不可返缺陷。

8 結 語

電站鍋爐受熱面部件，因其體積龐大，材料組成和工序復雜，在生產線上每個質量控制點對產品的整體質量水平都顯得非常重要。同時因為位置的特殊性，在安裝投運后再發現缺陷或出現爆管等，便造成機組的非計劃停運，所以鍋爐本體部件在制造車間生產時便應提前介入，開展監造工作。

參考文獻：

[1] 鄒天舒，齊全友，張振興.超臨界直流鍋爐膜式水冷壁溫度的測量方法[J].東北電力技術，2006，（3）.