電廠建設焊接質量保證及控制淺談

袁亞亮 路偉 張兆弟

1. 項目概況

該電廠鍋爐由上海鍋爐廠有限責任公司生產，汽輪機和發電機由上海電氣集團生產。鍋爐形式為超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐、一次再熱、單爐膛單切圓燃燒、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼結構及全懸吊結構塔式布置；汽輪機的形式為高中壓聯合啟動、超超臨界、一次中間再熱、單軸、雙背壓、四缸四排汽；發電機的形式為水氫氫冷卻發電機，無刷勵磁。機組配套成熟、高效的石灰石-石膏濕法脫硫裝置和SCR脫硝裝置，發電效率高，污染物排放水平低。

2. 項目技術攻關重點、難點

（1）鍋爐第五層主鋼架四個斜撐下端面法蘭板與斜撐本體現場高空焊接 鍋爐鋼架主斜撐承受爐頂鋼架及受熱面設備整個重量，爐頂鋼架總重量1 250t，受熱面設備總重量12 500t，由于鍋爐鋼架主斜撐兩側法蘭板在鍋爐廠內焊接好，在現場安裝時難以保證法蘭板受力面積，因此主斜撐與法蘭板一側在鍋爐廠內焊接，另一側在現場安裝完成后進行焊接。鍋爐鋼架主斜撐與法蘭板焊接質量關系到整個爐頂鋼架受力承載，因此必須控制焊接質量。

鍋爐鋼架主斜撐與法蘭板焊接位置處于108m高空，主斜撐上端法蘭用高強度螺栓固定后，主斜撐下端法蘭板與主立柱支持法蘭板采用高強度螺栓聯接并緊固后，開始進行主斜撐與法蘭板的焊接，法蘭板和斜撐本體厚度均為80mm，材質均為A572—Gr50，如圖1所示。

為了控制焊接質量采取以下措施：

第一，焊前編制了專項施工方案，對參加作業的焊工進行交底。

第二，由于是高空作業，為防止溫度梯度過大、冷卻速度過快，應在焊縫區域搭設防風保溫棚，保溫棚用架子管搭設，并用防火苫布封嚴，如圖2所示。

圖1

第三，焊接前應將坡口周圍30mm范圍內的油漆清除干凈，并檢查坡口處有無重皮、裂紋等缺陷，在確認無缺陷后開始進行預熱。

第四，施工前準備好火焰加熱設備，嚴格進行焊前預熱。表面溫度和根部達到預熱溫度后再開始焊接，加熱區域為焊接區域及其周圍≥150mm范圍。加熱時應做到均勻加熱，停止加熱后用溫度儀對坡口根部進行測溫，達到溫度后開始焊接。

第五，焊前焊工應使用焊條保溫筒，保溫筒帶電源插座，焊接時將電源接上，保持筒內溫度在100℃左右。使用時不可手中抓一把焊條，一次只能取一根焊條，取完后將筒蓋蓋上。J507焊條烘培要求：緩慢升溫至300～350℃，恒溫2h后，緩慢降溫至130℃左右，恒溫備用。

第六，定位焊時，每個定位焊長度≥30mm，間距≥200mm，點焊一點，檢查一點，如有缺陷及時清除，重新定位焊。定位焊縫均勻分布在整個焊道上。

第七，預熱溫度達到后開始進行根部焊接，由6名焊工24h、3班倒，采用兩人對稱焊接法，焊接過程中要注意起弧、收弧和接頭的質量。起弧時應適當抬高電弧，收弧時應將熔池填滿。打底層焊接完成后，立即自檢，合格后及時進行填充蓋面。焊接現場必須備有氧氣瓶和乙炔氣瓶，以便及時補充加熱。每一道焊接完成，焊工及時用扁鏟、鋼絲刷認真清除層間焊條熔渣，并認真檢查填充的焊接質量，如發現表面缺陷立即用機械加工法清除，補焊后，再進行下一層道的焊接，直至焊接完畢。除第一層和最后一層焊縫外，對中間各層焊道可采用錘擊法消除焊接應力。去除應力時應使用圓頭手錘進行，不應對根部焊縫、蓋面焊縫和坡口邊緣母材進行錘擊。焊縫焊完后應及時清理，用砂輪機、鋼絲刷、扁鏟將飛濺物及焊縫兩側的焊疤、焊瘤打磨干凈，并進行自檢，自檢合格后，加熱到300~400℃進行消氫處理，然后焊縫包覆緩冷。

第八，為了控制焊接變形和減少缺陷，施焊時采用小電流、快速焊，盡量減小焊條的擺動幅度。施焊中，應特別注意接頭和收弧的質量，收弧時應將熔池填滿。焊道單層厚度不大于所用焊條直徑，焊道擺動寬度不大于所用焊條直徑的4倍。

經過5晝夜的努力，鍋爐鋼架前、后側共4根主斜撐與法蘭板全部焊接完成。經外觀檢測無焊接質量缺陷，未發生焊縫裂紋、未熔透、咬邊、夾渣及其他焊接質量缺陷。經PT檢測，無內在焊接質量問題，具備鍋爐鋼架承載前、受熱面吊裝條件，保證了工程質量和進度，得到了監理、甲方肯定。

（2）困難位置焊口焊接 本工程加熱面管排如二級過熱器、三級過熱器、一級再熱器、二級再熱器等因管排、管子間距都很小，施焊空間狹窄，每一部分焊口都有一部分位置肉眼無法觀測到，給焊接施工帶來了很大困難。因此，為了保證工程質量，對這部分焊口，各方面均應高度重視，最大限度的減少返工，如圖3所示。

具體施工方案如下：

圖2

圖3

第一，塔式鍋爐焊接最大難點在于管道焊接位置比較困難，因此，我們對進場焊工進行嚴格培訓，確保焊接質量的同時，檢驗焊工自身的焊接熟練程度，合理安排焊接順序，集箱及爐內管排分別從爐左、爐右、爐中間往兩側焊接。焊完一排，須射線檢測合格后，方可進行下一管排的焊接，如果焊口返修位置比較容易施焊，可直接進行下一管排的組對焊接。若施工工期要求緊，每個位置焊口可安排4對焊工同時焊接，最后在管排中間位置封口。這樣，中間封口處2～3排的焊口因為沒有充足的焊接空間而必須同時進行對口焊接，尤其現場省煤器管排、一級過熱器進口管排及一級再熱器進出口管排的間距比較小，局部位置肉眼無法觀察到，用往常用的焊接方法無法在該位置施焊，所以我們采用鏡面焊接的方法，此時焊工只能蹲在或是俯臥、躺在管子上，通過鏡面焊完剩余焊口。為此我們對全部高壓焊工分批進行鏡面培訓，每批培訓10天，從中抽選焊接質量較好的焊工，從事現場鏡面焊的焊接，如圖4所示。

現場使用的鏡面焊鏡子頭部是一塊不銹鋼雙面鏡，厚度為1mm，中間用一根鐵棍連接，尾部有一塊強磁吸附件，用于固定鏡架。

鏡面焊接要求：鏡面焊選擇內填絲，所以在對口時鈍邊尺寸控制在0.5~1mm，便于焊工控制焊接溫度，降低焊工打底的難度，確保獲得熔合良好的根部焊縫。間隙控制在2.5~3mm，內填絲時送絲自如，并且能夠方便觀察熔池。間隙且不易過大，這樣就不會造成根部內凹，焊瘤缺陷。在焊接時，首先要擺放好鏡子的位置，要求便于肉眼通過鏡子的反射觀察焊縫的熔池狀況，更重要的是不影響焊槍的位置擺放和焊接過程中焊槍的行走、擺動。

嚴格控制每一層焊縫表面成形以確保焊接質量，這就要求焊工必須進行嚴格的培訓考試才能勝任該焊接工作，同時挑選焊接熟練、自身素質高、責任心強的焊工，能對自己的焊接質量嚴格控制。

第二，施工過程中，檢驗人員應對當天焊口及時進行RT檢測，防止焊口檢測滯后造成返修困難，避免焊口出現大面積返工，以致影響施工工期。

第三，檢測人員對每天所焊焊口應做到及時跟蹤檢驗。困難位置焊口的焊接應選拔優秀的焊工進行施焊。

焊接以上部件之前，為保證施工質量及進度，首先須制定出合理、詳細的施工計劃，施工計劃中應分清準備、焊接、熱處理、檢測各工序之間的銜接關系及時間規定，保證焊接質量。

（3）密封焊接 密封焊接主要包括水冷壁密封。水冷壁密封鰭片切割及焊接時容易咬傷管子，不注意焊接順序容易導致管屏變形。

針對以上情況，制定了以下措施：

圖4

第一，焊前編制專項焊接作業指導書，對作業人員進行交底。

第二，水冷壁鰭片切割作業前聯合監理對切割作業人員進行技能鑒定，指定15名技術過硬的作業人員進行鰭片切割作業。

第三，鰭片進行適度修割、加裝均勻。管子對口焊接完畢，進行加密封鰭片工作，光管間隙均勻，便于鰭片加裝均勻，焊口受焊縫的影響，間隙存在凸凹現象，則需要對鰭片進行適度的切割修整，確保鰭片與管子外壁間隙均勻（焊縫寬度一致）。

第四，合理調整焊接速度、防止局部高溫變形。焊接時，禁止一次大面積焊完，要留下焊縫冷卻的時間，可以采用焊工分班施焊制度，待焊縫冷卻后再接著施焊，降低組件（焊逢）溫度，防止變形。

第五，采用合理順序、消除焊接應力變形。焊接順序如圖5所示。

第一步：首先焊接所有編號為1的焊縫，數字1表示第一次焊接焊縫；第二步：接著焊接余下編號為2的焊縫，數字2表示第二次焊接焊縫；第三步：接著焊接余下編號為3的焊縫，數字3表示第三次焊接焊縫；第四步：焊接完成背面焊縫的焊接；第五步：上述四步焊完后，留下的正好是所有8的焊縫，則此時可以完成該部分焊縫的焊接。

圖5 焊接順序示意

經過以上幾方面的控制措施，我們基本控制住了組件的焊接變形，且工藝優良、外觀美觀，達到了工地、項目部及公司規定的質量標準，收到了預期的效果，為創建精品工程，打下了堅實的基礎。

3. 焊接質量保障措施

項目部制定了詳細的焊接施工方案和質量保證措施，嚴格過程控制，工程焊接質量得到了有力保障，實現了：國產P92等鋼種的焊接完全符合工藝評定要求；2#鍋爐水壓受監焊口65 789道，無損檢測65 789道，一次合格率為99.56 %，經過鍋爐水壓試驗，焊口無一滲漏；2#機四項管道436道，無損檢測一次合格率為100 %； 凝汽器換熱管焊接接頭94 048個，無損檢測一次合格率為98.7%；熱處理焊口數量22 811道，硬度檢測符合要求；光譜抽查共903 397點，焊口數8 802道，符合要求； 分項工程綜合評定驗收項82項，優良率100%。