垃圾焚燒爐水冷膜式壁堆焊高溫合金技術分析

范蕙萍

摘 要：傳統低溫燃燒垃圾焚燒爐的水冷膜式壁表面可通過堆焊不銹鋼來提高其耐腐蝕作用，但存在二噁英排放超標的問題。可見，在水冷膜式壁表面堆焊不銹鋼已不能滿足高溫耐蝕的要求。由此，本文提出采用堆焊高溫合金來解決此問題。

關鍵詞：水冷膜式壁；高溫合金Inconel625；CMT焊接；焊接變形

中圖分類號：TG457 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）08-0025-02

A Brief Introduction of High Temperature Alloy Technology for

Waste Incinerator Membrane Water Cooled Wall

FAN Huiping

（Qingdao Technological University Qindao College，Qingdao Shandong 266106）

Abstract： The surface of water-cooled membrane on low temperature combustion incinerator can improve its corrosion resistance by surfacing stainless steel， but there is a problem of excessive dioxin emission. It can be seen that the surfacing of stainless steel on the surface of water-cooled membrane can not meet the requirement of high temperature corrosion resistance. Therefore， it was suggested that hardfacing alloy be used to solve this problem.

Keywords： membrane water cooled wall；high temperature alloy Inconel625；CMT welding；welding deformation

1 研究背景

焚燒爐是常用于醫療垃圾、生活垃圾和工業危險廢棄物等無害化處理方面的一種無害化處理設備。其原理是利用煤、燃油及燃氣等燃料的燃燒，將要處理的物體進行高溫焚毀碳化，以達到消毒的目的。

傳統的低溫燃燒垃圾焚燒爐，通過在膜式壁表面堆焊不銹鋼來提高其耐腐蝕性，延長使用壽命。但存在的問題是：在燃燒溫度低于300～400℃時容易產生二噁英。二噁英為無色無味、毒性嚴重的脂溶性物質，容易聚積在食物鏈中。在食物中的位置越高，二噁英聚集的程度就越高。人類短期接觸二噁英可能導致皮膚損害，長期接觸會對免疫系統、神經系統、內分泌系統及生殖系統等造成損害。國際癌癥研究中心已將其列為人類一級致癌物。

提高爐膛焚燒溫度、增加燃燒停留時間和加強燃燒混合程度等措施可以顯著降低二噁英的爐內生成。在水冷膜式壁表面堆焊不銹鋼已不能滿足高溫耐蝕的要求[1]，故采用堆焊高溫合金來解決此問題。

2 焊接性分析及材料選用

Inconel625是以鉬、鈮為主要強化元素的固溶強化型鎳基變形高溫合金，具有優良的高溫耐腐蝕和高氧化性能，從低溫到980℃均具有良好的拉伸性能和疲勞性能，并且能耐鹽霧氣氛下的應力腐蝕，可應用于垃圾焚燒鍋爐、生物質鍋爐和冶金行業余熱鍋爐水冷壁[2]。

表1和表2是Inconel625鎳基合金與碳鋼化學成分、力學和物理性能對比。從表1和表2可以看出，Inconel625鎳基合金與碳鋼的化學組成差別較大，在焊接時存在堆焊層合金元素被基體金屬稀釋的問題，從而引發因成分變化而造成組織與性能轉變的問題。但兩者的膨脹系數差別較小，因而焊接時裂紋傾向較小。此外，還要考慮導熱性差異而引起的焊接殘余應力。

鎳基合金導熱能力差，可能會造成熱裂紋問題。Inconel625鎳基合金在焊接時容易被氧化，需要進行嚴格防護；如果被氧化，會造成焊接接頭力學性能下降、焊縫夾渣。由于液態Inconel625鎳基合金的流動性差，不易鋪展潤濕，即使提高焊接熱輸入，也并不能較好地改善其流動性，反而會惡化接頭性能，造成較大的稀釋率[3]。所以，對于水冷膜式壁表面堆焊，要保證在冶金結合的前提下基體對堆焊層的稀釋率盡量小。

3 焊接方法選擇

MIG/MAG焊具有生產率高、焊接成本低、能耗低，以及有利于實現焊接過程的機械化和自動化等優點，在國內外被廣泛應用。但是，存在熱輸入量大、變形嚴重、飛濺無法避免等缺陷。從降低母材熱輸入、減小熔化的母材對焊縫的稀釋作用的角度出發，焊接時采用CMT焊接。CMT是Cold Metal Transfer（冷金屬過渡）的簡稱，具有引弧穩定迅速、超低熱輸入及良好搭橋能力等優勢，常被用于鋁、鎂合金及鍍鋅件的焊接。與傳統的焊接方法相比，在滿足相同焊接工藝的要求時，CMT焊接可減少40%～60%的熱輸出量，能減少對焊接基體的熱損傷，這對在工作時要承受壓力的膜式水冷壁來說尤其重要[4，5]。

4 焊接變形控制及矯正

焊接熱輸入不均勻會導致焊接應力及焊接變形。焊接變形不僅影響構件外觀的美觀性、增加材料消耗，而且會降低結構承載能力。如何控制焊接變形量是選擇焊接工藝時要全面考慮的問題。

焊接變形的種類主要有5種：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形及扭曲變形。預防及矯正焊接變形可以從焊前、焊中和焊后三個方面采取措施。水冷膜式壁焊接存在的變形主要是收縮變形及彎曲變形。針對此變形，在焊接過程中采用剛性固定法，利用工裝夾具進行防控。焊后整屏的殘余變形可以通過卷板機進行矯正。對于局部變形，可采用人工火焰加熱矯正，矯正時注意火焰加熱方式、加熱位置及加熱的溫度和面積。

5 結論

通過上述分析可以得出以下結論。

①提高爐膛焚燒溫度可以顯著降低二噁英的生成。Inconel625具有優良的高溫耐腐蝕性能，可滿足垃圾焚燒鍋爐水冷壁的使用要求。

②Inconel625與碳鋼基材的化學組成雖然差別較大，但兩者的膨脹系數差別較小，因而兩者焊接時裂紋傾向較小。

③采用超低熱輸入的CMT焊接方法可有效解決合金成分被稀釋的問題。

④焊接變形可以通過焊接過程中剛性固定、焊后機械矯正及火焰加熱矯正解決。

參考文獻：

[1]吳海龍.焚燒爐二噁英排放特性及關鍵控制技術研究[D].杭州：浙江大學，2012.

[2]孫煥煥，劉愛國，孟凡玲.堆焊Inconel625合金的鍋爐膜式水冷壁組織和性能[J].材料熱處理學報，2013（S2）：96-99.

[3]于景剛.鎳基合金在碳鋼與不銹鋼焊接中的應用[J].石油化工設備，2015（3）：63-65.

[4]張永順，沈州.CMT焊接技術實例[J].汽車與配件，2015（6）：70-72.

[5]伍鋼.Q235及304不銹鋼表面CMT-TWIN堆焊鎳基合金工藝研究[D].南京：南京理工大學，2015.