高溫金屬膨脹節(jié)波焊接修復(fù)工藝

甘政，陳志遠(yuǎn)，鄧微

（四川白馬循環(huán)流化床示范電站責(zé)任有限公司，四川 內(nèi)江 641000）

高溫金屬膨脹節(jié)波焊接修復(fù)工藝

甘政，陳志遠(yuǎn)，鄧微

（四川白馬循環(huán)流化床示范電站責(zé)任有限公司，四川 內(nèi)江 641000）

四川白馬循環(huán)流化床示范電站600MW循環(huán)流化床鍋爐由我國(guó)自主研發(fā)。鍋爐本體灰循環(huán)系統(tǒng)上有高溫不銹鋼膨脹節(jié)。在運(yùn)行過(guò)程中，高溫金屬膨脹節(jié)隨著內(nèi)部耐火材料的老化，發(fā)生膨脹節(jié)波裂紋、破損等缺陷。更換現(xiàn)場(chǎng)大型高溫膨脹節(jié)需要的工期長(zhǎng)、材料費(fèi)用較高，因此對(duì)膨脹波破壞部位進(jìn)行修復(fù)更合理，能節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。高溫金屬膨脹節(jié)波由于材料合金元素較多、厚度較薄，增加了修復(fù)難度。筆者采用防變形工藝和焊接時(shí)防裂紋工藝，解決并克服了技術(shù)上的難點(diǎn)，為企業(yè)贏(yíng)得了效益。

焊接；裂紋；變形；膨脹波；延伸性

循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)灰道的磨損量較大，特別是灰循環(huán)道上的金屬膨脹節(jié)更容易磨損。減少磨損的主要方法，一是加強(qiáng)膨脹節(jié)內(nèi)部耐火材料的質(zhì)量，二是修補(bǔ)金屬膨脹節(jié)波，降低整體更換周期。

1 金屬膨脹節(jié)波故障分類(lèi)

（1）撕裂破壞（圖1）：裂口呈線(xiàn)性布局，可長(zhǎng)可短，整個(gè)裂口不會(huì)發(fā)生卷邊及大的破口，破口直徑一般不會(huì)超過(guò)5mm，對(duì)這種情況，可采用直接焊接破口進(jìn)行修復(fù)。

（2）磨損破壞（圖2）：磨損破壞可以在波形內(nèi)壁明顯感覺(jué)有磨損刀口狀。并且破口比撕裂破壞更大，最大可達(dá)到20mm左右。同時(shí)磨損破壞會(huì)減薄膨脹波的厚度，使焊接修補(bǔ)更加困難。

（3）過(guò)熱破壞（圖3）：一般發(fā)生在高溫膨脹節(jié)波峰，由于高溫使金屬膨脹節(jié)母材整體抗破壞強(qiáng)度降低，在內(nèi)部帶壓流體的作用下，膨脹節(jié)波損壞更惡化，甚至可能造成整個(gè)膨脹波全部損壞報(bào)廢。

圖1 撕裂破壞示意圖

圖2 磨損破壞示意圖

圖3 過(guò)熱破壞示意圖

2 焊接分析

2.1 母材分析

耐高溫不銹鋼膨脹節(jié)波采用的材料為310S。

310S（06Cr25Ni20）不銹鋼是奧氏體鉻鎳不銹鋼，具有很好的抗氧化性、耐腐蝕。化學(xué)成分特性中以鉻、鎳為基礎(chǔ)添加其它微量元素，其組織為面心立方結(jié)構(gòu)，因而在高溫下有高的強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度。同時(shí)在奧氏體不銹鋼中增加碳的含量后，由于其固溶強(qiáng)化作用使整體強(qiáng)度得到提高。

鋼材特性（表1）：硬度(HB) ≤187；抗拉強(qiáng)度(бb)(MPa) ≥520；屈服強(qiáng)度(σs)(MPa)≥205；伸長(zhǎng)率(δ)% ≥40。

310S材料中Ni的含量和Cr的含量較高，膨脹節(jié)波板厚度均在2mm以下，使合金材料的溶入性差，增加了焊接難度。

2.2 結(jié)構(gòu)分析

膨脹節(jié)結(jié)構(gòu)主要由膨脹波，前后接口管，和內(nèi)部襯管構(gòu)成。材料均使用310S鋼板制成，襯板厚度為6mm，接口管厚度為6mm，膨脹波厚度為1.5mm，并且沒(méi)有剛性支撐。所有在安裝金屬膨脹節(jié)時(shí)，要預(yù)留膨脹變形量，在熱態(tài)運(yùn)行過(guò)程中X、Y、Z三個(gè)方向均要發(fā)生變化。膨脹波要承受這種變化引起的外應(yīng)力，使修復(fù)難度增大。

2.3 難點(diǎn)總結(jié)

通過(guò)對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的分析，我們可以看出在焊接時(shí)，可能產(chǎn)生兩個(gè)問(wèn)題。

（1）焊接時(shí)不銹鋼板發(fā)生波浪變形（圖4）：焊接過(guò)程中，由于局部高溫加熱造成焊件上溫度分布不均勻，焊件內(nèi)部產(chǎn)生了焊接應(yīng)力與變形。另外焊縫在冷卻時(shí)，焊液由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)，由于焊縫金屬與母材之間是緊密連接，焊縫金屬不能自由收縮，引起整個(gè)焊件變形。同時(shí)金屬膨脹節(jié)波采用薄板，薄板在抗擊熱變形的能力較差，收縮率大，焊接時(shí)產(chǎn)生波浪變形，增加了焊接難度。

表1

圖4 波浪變型示意圖

（2）焊縫熱裂紋：由于310S有合金元素鎳存在，熔入奧氏體的鎳合金元素使鋼的淬透性提高，鎳含量越大，淬透性越高。焊接時(shí)熱影響區(qū)中將形成馬氏體組織，熔池附近的晶粒非常粗大，有魏氏組織產(chǎn)生。魏氏組織是一種過(guò)熱缺陷，該組織中鐵素體或滲碳體的針片，使鋼的強(qiáng)度降低，由于高溫使碳化物脆化，使鋼的脆性增大，造成焊縫開(kāi)裂。

3 焊接工藝

3.1 焊接方法選擇

（1）焊接采用氬氣保護(hù)焊接，氬弧焊可隔離空氣中氧氣、氮?dú)?、氫氣?duì)電弧和熔池產(chǎn)生的不良影響，減少合金元素的燒損。另外焊接時(shí)電弧燃燒穩(wěn)定，熱量集中，熱影響區(qū)窄，焊接應(yīng)力、變形、裂紋傾向小。

（2）對(duì)于薄壁金屬焊接，氬弧焊焊接能快速融合，不會(huì)對(duì)母材產(chǎn)生損壞，焊接后穩(wěn)定性較好。

（3）膨脹節(jié)波損壞在外部，使用一樣的材料尺寸制作外套波，鑲套在損壞的膨脹波上，通過(guò)夾具進(jìn)行剛性固定后，再進(jìn)行焊接，這樣比純粹的修補(bǔ)波更好，也能大大增加膨脹節(jié)波的強(qiáng)度，特別是裂紋原因?yàn)槟p破壞和撕裂破壞時(shí)，不利于焊接直接修復(fù)的時(shí)候，這種方法更加有效和可靠（圖5）。

圖5 修補(bǔ)鑲套示意圖

3.2 焊材選擇（表2）

焊絲選用H12Gr26Ni21Si AWS型號(hào)：ER310φ2.5。

鎢極選用TIG氬弧焊鎢極采用鈰鎢極φ2.4。

表2

3.3 焊接技術(shù)要求

（1）焊前準(zhǔn)備：由于薄板焊接時(shí)容易產(chǎn)生變形，所以在焊接時(shí)需要對(duì)薄板使用夾具進(jìn)行剛性固定，由于膨脹節(jié)波較薄，固定式時(shí)需要在內(nèi)壁上增加固定塊，外壁上增加壓緊塊，固定裝置著力點(diǎn)必須布置在煙風(fēng)灰道內(nèi)外壁厚母材上（圖6）。

圖6 夾具示意圖

（2）焊接工藝：把整個(gè)焊接分為幾段焊接,使各部分都能自由的收縮。焊接時(shí)要先弧焊縫，次直焊縫，這種方法能防止局部過(guò)熱，減小魏氏組織的出現(xiàn)。

在直焊縫焊接時(shí)采用逆向分段退焊法焊接。焊接順序如圖7。

圖7 逆向分段退焊法示意圖

在弧焊縫時(shí)采用跳焊法焊接，弧焊縫的主要難點(diǎn)是在接頭部位，這里的焊接由于不在一個(gè)平面上，熱應(yīng)力分布不均，更容易發(fā)生變形（圖8）。

TU995.3

A

1671-0711（2016）12（上）-0120-03