高溫金屬膨脹節波焊接修復工藝

2016-03-10 02:41:32甘政陳志遠鄧微

中國設備工程 2016年17期

關鍵詞：示意圖裂紋焊縫

甘政，陳志遠，鄧微

（四川白馬循環流化床示范電站責任有限公司，四川內江 641000）

高溫金屬膨脹節波焊接修復工藝

甘政，陳志遠，鄧微

（四川白馬循環流化床示范電站責任有限公司，四川內江 641000）

四川白馬循環流化床示范電站600MW循環流化床鍋爐由我國自主研發。鍋爐本體灰循環系統上有高溫不銹鋼膨脹節。在運行過程中，高溫金屬膨脹節隨著內部耐火材料的老化，發生膨脹節波裂紋、破損等缺陷。更換現場大型高溫膨脹節需要的工期長、材料費用較高，因此對膨脹波破壞部位進行修復更合理，能節約大量的生產成本。高溫金屬膨脹節波由于材料合金元素較多、厚度較薄，增加了修復難度。筆者采用防變形工藝和焊接時防裂紋工藝，解決并克服了技術上的難點，為企業贏得了效益。

焊接；裂紋；變形；膨脹波；延伸性

循環流化床鍋爐運行過程中，對灰道的磨損量較大，特別是灰循環道上的金屬膨脹節更容易磨損。減少磨損的主要方法，一是加強膨脹節內部耐火材料的質量，二是修補金屬膨脹節波，降低整體更換周期。

1 金屬膨脹節波故障分類

（1）撕裂破壞（圖1）：裂口呈線性布局，可長可短，整個裂口不會發生卷邊及大的破口，破口直徑一般不會超過5mm，對這種情況，可采用直接焊接破口進行修復。

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

（3）過熱破壞（圖3）：一般發生在高溫膨脹節波峰，由于高溫使金屬膨脹節母材整體抗破壞強度降低，在內部帶壓流體的作用下，膨脹節波損壞更惡化，甚至可能造成整個膨脹波全部損壞報廢。

圖1 撕裂破壞示意圖

圖2 磨損破壞示意圖

圖3 過熱破壞示意圖

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。化學成分特性中以鉻、鎳為基礎添加其它微量元素，其組織為面心立方結構，因而在高溫下有高的強度和蠕變強度。同時在奧氏體不銹鋼中增加碳的含量后，由于其固溶強化作用使整體強度得到提高。

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

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

2.2 結構分析

膨脹節結構主要由膨脹波，前后接口管，和內部襯管構成。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，并且沒有剛性支撐。所有在安裝金屬膨脹節時，要預留膨脹變形量，在熱態運行過程中X、Y、Z三個方向均要發生變化。膨脹波要承受這種變化引起的外應力，使修復難度增大。

2.3 難點總結

通過對材料和結構的分析，我們可以看出在焊接時，可能產生兩個問題。

（1）焊接時不銹鋼板發生波浪變形（圖4）：焊接過程中，由于局部高溫加熱造成焊件上溫度分布不均勻，焊件內部產生了焊接應力與變形。另外焊縫在冷卻時，焊液由液態轉化為固態，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，引起整個焊件變形。同時金屬膨脹節波采用薄板，薄板在抗擊熱變形的能力較差，收縮率大，焊接時產生波浪變形，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。焊接時熱影響區中將形成馬氏體組織，熔池附近的晶粒非常粗大，有魏氏組織產生。魏氏組織是一種過熱缺陷，該組織中鐵素體或滲碳體的針片，使鋼的強度降低，由于高溫使碳化物脆化，使鋼的脆性增大，造成焊縫開裂。