汽包角焊縫缺陷修復中焊接與熱處理技術研究

摘 要：汽包是電站鍋爐最為關鍵的承壓部件，質量大、體積大，幾乎不能更換，目前對鍋爐汽包角焊縫修復非常慎重。針對某熱電公司DG670/13.7-8鍋爐汽包角焊縫修復過程中關鍵技術問題，研究了焊接與熱處理的關鍵技術，分析了實際工作過程當中的難點和關鍵控制點，為汽包角焊縫缺陷修復工作提供了非常重要的借鑒意義。

關鍵詞：汽包；焊縫缺陷；焊接；熱處理

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.003

1 研究背景及意義

電站鍋爐壽命關鍵在于汽包的壽命，汽包是一個體積大、質量大，幾乎不能更換的關鍵承壓部件，目前對在役鍋爐汽包角焊縫的修復工作非常慎重。本文以汽包角焊縫缺陷修復工作作為研究對象，對修復過程中焊接與熱處理的施工關鍵技術進行重點研究，確定了處理方案并實踐，為大型電站鍋爐汽包角焊縫缺陷修復提供了非常重要的借鑒意義。

2 汽包角焊縫缺陷修復焊接與熱處理研究總體介紹

8號鍋爐型號為DG670/13.7-8型鍋爐，汽包直徑為φ1600mm，壁厚95mm，材質為BHW35（13MnNiMo54），筒身長20000 mm，汽包全長21900 mm，重量為90噸[1]。與汽包連接的125根大管角焊縫存在原始焊接缺陷，部分缺陷當量尺寸超過6.5mm，已無計算壽命，必須進行處理。遂進行了更換管座、重新焊接，對汽包采用內部加熱、現(xiàn)場整體熱處理，并對修復前后外型尺寸、環(huán)縱焊縫和汽包筒體硬度進行了全面監(jiān)督探傷，對電站汽包進行如此大的現(xiàn)場修復在國內并無先例，修復工作技術難度大、標準要求高，沒有現(xiàn)成經(jīng)驗可供借鑒。在汽包角焊縫缺陷處理過程中焊接和熱處理技術十分關鍵，產生差錯可能造成無法估量的損失。

3 汽包管接頭去除與焊接

3.1 汽包管接頭清除、焊接區(qū)域打磨

3.1.1 汽包管接頭角焊縫設計型式

除給水套管與汽包筒壁的角焊縫外，汽水連通管、飽和蒸汽引出管和事故放水管與汽包筒壁角焊縫均有深度4mm的沉孔，沉孔形狀與尺寸如圖1所示。

3.1.2 管接頭角焊縫清除、焊接區(qū)域打磨

管接頭角焊縫采用機械方法進行清除[2]，清除的技術要點是：

（1）管接頭對接焊縫在聯(lián)接管和集中降水管固定以及位移指示裝置安裝完成后進行；

（2）管接頭角焊縫切割與打磨重點是清除原焊縫缺陷、清除焊縫缺陷的擴展缺陷；

（3）汽包壁厚方向上清除角焊縫根部距離汽包外表面不少于5mm；

（4）采用滲透檢驗方法進行檢驗，檢驗區(qū)域包括管孔周圍打磨區(qū)域、汽包管孔。

3.1.3 施工過程

（1）管接頭切割前準備工作。對汽包聯(lián)接管道和集中降水管等進行固定。

（2）按照技術要求進行角焊縫去除、打磨。

3.1.4 管接頭角焊縫缺陷清除部位滲透探傷

清除完畢，管接頭角焊縫缺陷清除部位滲透探傷，未發(fā)現(xiàn)表面開口性缺陷。

3.2 汽包修復焊接技術

3.2.1 角焊縫焊接前進行整體加熱（焊接前預熱見本文第4條款），經(jīng)確定，焊接工藝如下

（1）集中下降管固定裝置的角焊縫采用SMAW焊接。選用J507、φ3.2mm 焊條，焊接電流125A-130A，電弧電壓 23V-25V。焊前預熱100℃-150℃，層間溫度不低于預熱溫度，焊后經(jīng)后熱和焊后熱處理。

（2）給水管套管和給水管接頭角焊縫采用SMAW焊接。選用J507RH、φ3.2mm焊條，焊接電流125A-130A，電弧電壓 23V-25V。管接頭焊縫在地面組合完成。采用GTAW+SMAW 堆焊角焊縫去除區(qū)域，堆焊完后，用磨光機修整焊接區(qū)域，使堆焊區(qū)外面與汽包外壁齊平，內壁與管孔內齊平。

（3）管接頭角焊縫焊接時采用GTAW打底，SMAW填充、蓋面，多層多道焊接。焊材選用TIG-J50焊絲和J507RH 超低氫高韌性焊條。GTAW堆焊和打底焊過程中，汽包控制以下參數(shù)：壁溫100℃-150℃，焊接電流100A-110A，電弧電壓12V-15V。SMAW填充和蓋面過程中，汽包控制以下參數(shù)：壁溫200℃-300℃并保持層間溫度，焊接電流 120A-160A，電弧電壓22V-28V，具體見表1管接頭與汽包筒體角焊縫焊接參數(shù)。汽包的熱處理降溫到 250℃左右時，開始焊接管接頭對接焊縫，焊接方法為GTAW打底，SMAW填充和蓋面，焊材與焊接參數(shù)同角焊縫焊接，見表2管接頭對接焊縫焊接參數(shù)。

3.2.2 焊接施工要點

（1）GTAW兩層打底提高根層焊縫質量。焊接時，專人在對面檢查打底焊根層質量，防止打底焊縫未焊透、成形不良等缺陷。出現(xiàn)缺陷時，采用磨光機打磨的方法消除。

（2）用超低氫高韌性J507RH焊條填充和蓋面，提高焊縫金屬塑韌性，降低焊縫金屬擴散氫含量，減小焊接接頭焊接應力，降低接頭裂紋傾向。

（3）重點檢查點焊固定質量。汽包整體加熱到 100℃-150℃時采用 GTAW點焊固定，固定3點，在坡口整圈均勻分布，每點點固焊縫長度為10mm-20mm。點固焊完后檢查錯口情況、對口間隙和點固焊縫有無缺陷，發(fā)現(xiàn)有問題的焊點磨掉重新點焊；用角尺、水平尺檢查管接頭垂直度，垂直度超標的，磨掉點固焊點重新點焊。

（4）焊接過程中每一層均進行檢查。

（5）層間焊縫清理、缺陷處理均采用機械打磨方式，用磨光機、鋼絲刷、扁鏟等徹底清理焊渣及飛濺物，特別是焊縫接頭和坡口邊緣。

（6）對稱焊接。焊接施工時，汽包前后兩個區(qū)間對稱進行焊接；每一排管接頭焊接時，從汽包中間向兩端對稱進行。

3.2.3 焊接質量檢查

焊前對母材、焊材、坡口清理和對口間隙等進行檢查；焊接過程中對層間溫度、層間焊接質量、焊接工藝規(guī)范等進行檢查；焊后對角焊縫進行外觀、硬度檢查，100%超聲波檢測，對接焊縫另加10%比例射線檢查。檢查結果表明，焊縫質量良好，外觀未見超標缺陷，焊縫質量合格率100%。

4 汽包管接頭修復熱處理

4.1 集中下降管固定裝置熱處理

集中下降管的固定裝置焊前預熱、焊后熱及焊后熱處理工藝采用氧氣-乙炔火焰加熱，測溫儀測量溫度。焊前的預熱100℃-150℃；后熱350℃-400℃，并恒溫30min保溫緩冷；焊后進行 600℃±10℃回火，恒溫30min保溫緩冷。熱處理工藝如表3所示。

4.2 汽包整體熱處理

經(jīng)研究確定，汽包加熱作業(yè)流程采取整體加熱工藝進行焊前預熱、焊后后熱、焊后熱處理。

4.2.1 汽包整體加熱作業(yè)流程

（1）管口封堵。汽包內部用4mm厚鋼板、保溫棉對6個集中下降管、12個分散下降管的管口進行封堵，以防雜物落入或加熱過程中內部形成空氣流通通道。用保溫棉、管帽對汽包管口和聯(lián)接管管口進行封堵。

（2）拆除影響加熱裝置和汽包膨脹部件：汽包內部加藥管和排污管；分散降水管與鍋爐鋼架之間保溫層；與汽包相連的表管；水位計、安全門管道膨脹方向上的固定管卡等。

（3）保溫。焊接過程中，汽包保溫層每層厚度 30mm。熱處理前，汽包保溫 3 層90mm厚，保溫材料選用硅酸鋁保溫棉。

（4）加熱片和熱電偶逐片逐根進行檢查。

（5）布置加熱片、熱電偶。汽包內部布置118片柜架式加熱片，每個加熱片功率10kW，每3片一組（其中有2組為2片），呈三角形布置，布置形式如圖2所示，周向分區(qū)進行控溫。

（6）汽包內外部布置 40 組控溫熱電偶、36組測溫熱電偶，熱電偶采用氬弧焊點焊在汽包壁上，吊桿測溫熱電偶放于墊板與吊桿間隙中與吊桿緊密接觸；用5臺電腦溫控儀控溫，再加2臺記錄儀記錄溫度，保證修復過程中長時間安全穩(wěn)定地連續(xù)加熱和保溫，并能可靠地控制各部溫度[2]。

（7）加熱裝置調試。加熱片分別連到5臺溫控儀上，熱電偶分別連到5臺電腦溫控儀和2臺記錄儀上，檢查加熱片無短路、斷路，熱電偶無斷偶和與汽包相碰現(xiàn)象。

（8）焊前預熱、層間保溫、焊后熱處理。GTAW+SMAW坡口堆焊、GTAW打底焊過程中預熱溫度100℃-150℃，SMAW填充和蓋面過程中汽包溫度200℃-300℃，后熱 250℃-350℃，6小時后降溫到室溫進行無損探傷。

（9）焊后熱處理。在探傷后，升溫至 300℃時恒溫進行焊縫缺陷處理。400℃時恒溫 3小時均溫。600℃恒溫6小時后保溫緩冷。汽包壁溫度高于300℃時，溫控儀控制汽包冷卻速度不大于25℃/h，低于300℃時關閉溫控儀，汽包在保溫條件下自然冷卻。

（10）溫度記錄。熱處理全程，除7臺記錄儀自動記錄外，每小時人工記錄一次各測點溫度。

4.3 熱處理記錄情況與結果檢驗

（1）熱處理記錄情況完整，7臺記錄儀開始加熱至溫控儀停機全過程自動記錄曲線、每個測溫點每小時 1 次人工記錄數(shù)據(jù)全面、準確無誤。

（2）根據(jù)溫度記錄，焊后熱處理從室溫到300℃升溫速度小于60℃/h，300℃-600℃升溫速度小于25℃/h，600℃-300℃降溫速度小時15℃/h，符合設定的熱處理工藝曲線。

（3）熱處理全程，汽包的內外壁溫差小于40℃，汽包的周向溫差小于70℃，符合東方鍋爐廠原始設計要求。

（4）記錄汽包吊桿最高溫度380℃，符合標準要求。

（5）修復后殘余應力測量表明，殘余應力在 21.3MPa～95.4MPa 之間，符合規(guī)程要求。

5 結論

本文研究了670t/h電站鍋爐汽包角焊縫修復過程中的焊接與熱處理關鍵技術問題，經(jīng)實踐應用，焊接質量、熱處理工藝符合檢測要求。得到如下結論：

（1）嚴格按照焊接相關規(guī)程制定焊接工藝，并在過程中嚴格工藝管控至關重要。

（2）在熱處理過程，采用汽包整體加熱方案可行，并可以使汽包修復后損害降至最低。

（3）合理的焊接熱處理工藝是汽包角焊縫修復的關鍵。

參考文獻：

[1]東方鍋爐廠DG670/13.7-8鍋爐說明書[S].

[2]火力發(fā)電廠鍋爐汽包焊接修復技術導則（DL/T734—2000）[S].

作者簡介：李士峰（1980-），男，河北曲周人，本科，工程師，總經(jīng)理助理，從事電力系統(tǒng)技術管理工作。