大型電站鍋爐鋼結構焊接技術探討

范志忠

（福建省工業設備安裝有限公司 福建福州 350011）

0 引言

鍋爐鋼結構是電站鍋爐最重要的結構和承載部件之一，它是支承和固定鍋爐本體各部件，并維持它們之間的相對位置，保證鍋爐安全運行的空間結構，系建筑結構的一個分支［1］。從整臺鍋爐的金屬耗量上看，鋼結構占三分之一以上；從整個鍋爐設計工作量上看，鋼結構占三分之一；從鍋爐安裝工期節點看，鋼結構的大板梁就位，是標志性里程碑節點，鍋爐鋼結構安裝焊接是整個鍋爐安裝中高空作業點最多風險最大的作業。可見鍋爐鋼結構的焊接質量對整個鍋爐建造質量和經濟效益影響很大，提高鍋爐鋼結構焊接水平具有重要意義。

本工程建設有2 臺百萬千萬超超臨界機組，鍋爐采用某公司的超超臨界參數全懸吊π 型鍋爐，為超超臨界參數、變壓直流爐、對沖燃燒方式、固態排渣、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、全鋼構架、全懸吊П 型，并預留脫硝空間。鍋爐鋼架的連接，采用高強螺栓和焊接相結合的方式［2］，主要構件材料采用抗腐蝕性能好的高強度低合金鋼。主要安裝內容包括各層鋼結構安裝、大板梁安裝、壓力層鋼結構安裝及平臺扶梯欄桿等附屬設施安裝。

1 主要結構件焊接

鍋爐鋼架為全結構，構件采用扭剪型高強度螺栓連接，主要構件材料采用抗腐蝕性能好的高強度低合金鋼，鍋爐的立柱與基礎采用預埋螺栓連接。鍋爐鋼結構由爐前至爐后共布置7 排，爐右至爐左布置7 軸。鋼結構鋼柱、梁、節點連接件等構件材料為Q345B，未注明的支撐材料為Q235B，平臺格柵欄桿樓梯主要材質為Q235B。所有鋼結構及平臺欄桿的主要焊接方法為：SMAW（手工電弧焊），部分三類焊縫或薄件鋼結構的焊接方式為GMAW（熔化極氣體保護焊）［3］。根據焊接專業組織設計方案編寫要求，擬定焊接作業指導書，焊接施工前依據圖紙信息整理焊接工藝評定，且工藝評定能夠覆蓋鍋爐鋼結構材質和規格尺寸焊接施工要求。開工前編制相關技術資料，如：安全技術交底、質量驗收范圍劃分表、焊接工藝卡、焊接技術交底等。

（1）焊前準備。按母材材質及板材厚度選擇焊材種類，根據擬施焊的焊接量確定焊材用量。焊接技術員或有焊接經驗的班長填寫領料單，根據領料單從焊材庫房處領取焊材。組合對接前將坡口表面及附近母材的油、漆、垢、銹清理干凈，直至發出金屬光澤。清理范圍包括對接焊縫坡口每側10 mm～15 mm和角焊縫焊角尺寸K 值+10 mm 范圍。鋼結構焊接坡口形式應根據圖紙要求施工，如未明確標明焊接要求則根據《火力發電廠焊接技術規范》（2012 版）焊件組對時推薦的坡口形式及尺寸加工、檢查坡口形式。施工流程工藝圖見圖1。

圖1 施工流程工藝圖

（2）焊件組對。兩待焊接件表面和背面宜齊平，如有錯口，其錯口值不應超過下列限值：一類焊縫的局部錯口值不應該超過焊件厚度的10%，且不大于2 mm。二類焊縫的局部錯口值不應該超過焊件厚度的15%，且不大于3 mm。三類焊縫的局部錯口值不應該超過焊件厚度的20%，且不大于4 mm。

（3）定位焊。定位焊焊接材料、焊接工藝與正式施焊要求相同。在坡口根部采用焊縫定位時，焊后應檢查各個定位焊點質量，如有缺陷應立即清除，必要時應重新進行定位焊。定位焊縫應有一定的強度，定位焊縫的長度、厚度、間距以實際圖紙為準；若圖紙未注明則其厚度不宜超過正式焊縫的三分之一，通常為4 mm～6 mm，定位焊縫的長度宜為20 mm～40 mm，定位焊間距以不超過400 mm 為宜。定位焊的引弧和熄弧應在焊件坡口內完成。

（4）焊接實施。①焊接熱處理。焊件厚度大于38 mm 時應在焊接前預熱，焊接后熱處理［4］。根據相關規范，結合現場實際情況，鋼結構焊接預熱方式為火焰加熱或電加熱。預熱、焊后熱處理的預熱溫度，恒溫溫度，升降溫速率，保溫、測溫，等熱處理參數等要求按照DL/T 819—2019 的有關規定執行。并采用專用的測溫儀器測量。②手工電弧焊。焊接前檢查坡口形式尺寸及坡口附近母材的油、漆、垢、銹是否清理干凈。焊道收弧時應將熔池填滿，多層多道焊縫焊接時，焊工應該逐層自檢合格后方可焊接次層焊縫。多層多道焊縫接頭應錯開30 mm 以上。焊縫兩端嚴禁漏焊。箱型梁、柱間梁、立柱等承重結構焊接除因工藝和檢驗要求需要分次焊接外，施焊過程應連續完成。若被迫中斷時，應采取防止裂紋產生的措施，再焊時應檢查并確認無裂紋后，方可按原工藝要求繼續焊接。要求全熔透的焊縫，應采取清根措施或背面加墊板單面焊接，確保焊縫全熔透。焊接過程和熱處理過程中不能拆除對口用的夾具或對口用的葫蘆等固定裝置。翼緣板、加固筋等焊接時應注意被焊件邊緣包角焊縫連續。嚴格遵守焊接工藝卡工藝參數施工，單層單道焊縫的厚度不宜太厚，避免焊縫金屬熱輸入量太大而造成構件變形。③氣體保護焊（CO2氣體保護焊）。焊接用的CO2氣體純度，不應低于99.5%，含水量不應超過0.005%，CO2氣體保護焊焊接低碳鋼和低合金鋼時，為保證焊縫具有較高的機械性能和防止氣孔產生，必須采用含錳、硅等脫氧元素的合金鋼焊絲，同時還應限制焊絲中的含碳量。為了使焊縫成形良好、減少飛濺、減少焊接缺陷，電弧電壓與焊接電流應該相互匹配。CO2氣體流量與焊接電流、焊接速度、焊絲伸出長度及噴嘴直徑等有關，氣體流量應隨焊接電流的增大、焊接速度的增加和焊絲伸出長度的增加而加大。一般CO2氣體流量的范圍8 L/min～25 L/min。

2 焊接質量控制措施

2.1 焊接環境控制措施

由于施工項目地處沿海地區，易受雨水及大風的影響，為確保焊接質量，采取以下措施進行防范。露天作業時遇六級以上大風，停止施工作業。焊接現場采取臨時防風架，進行擋風處理。雨水環境下，焊接工作因故中斷時，需用遮雨布遮蓋焊縫，重新施焊前，焊縫表面重新進行處理后方可繼續焊接。焊接環境相對濕度不大于90%，當濕度大于90%時應采取相應降低環境濕度的措施，如對被焊部件進行預熱，或增加紅外線燈照射等。

2.2 焊接控制變形措施

鋼結構組對時，應避免強力組對防止應力集中。鋼結構焊接前，清除油、漆、銹、垢應采用機械方法，比如砂輪機、鋼絲刷等，避免使用火焰烘烤產生內應力。焊接時應盡量采用對稱焊，抵消內應力；多層焊時，第一層應采用小電流，盡量避免內應力產生；焊接過程中，應杜絕周圍有震源（比如大錘錘擊等）存在，范圍以焊接位置為中心半徑5 m 左右。焊接結束以后，應用錘子均勻輕擊焊件消除焊接應力避免產生裂紋。對于承重鋼結構的重要焊縫以及應力比較集中的焊縫，應在焊接結束后24 h，加做1 次表面檢驗，以防內應力釋放延遲裂紋產生。

2.3 質量控制關鍵點

為了檢查、驗證分項焊接施工的焊接過程是否受控，在焊接質檢計劃中設立過程控制點，即焊接見證點（W 點）和停工待檢點（H 點）。（焊接前坡口、表面處理等檢查-W 點；焊接完成后焊縫厚度、成型外觀等檢查-H 點。）如有必要，焊接前的檢查也可設為H 點。

2.4 焊接質量檢驗

焊接質量的檢查和檢驗，實行三級檢查驗收制度，采用自檢與專業檢驗相結合的方法，分為焊接前、焊接過程中和焊接結束后三個階段。焊接工作結束后，焊工應嚴格按照《火力發電廠焊接技術規程》進行自檢，檢查焊縫外觀是否美觀，焊縫是否低于母材表面；同時檢查焊縫有無氣孔、焊瘤、夾渣、漏焊現象及接頭不良、余高超高、咬邊超標等可見缺陷。并清理干凈飛濺、焊渣，對超規的外觀缺陷進行打磨、補焊，補焊工藝要與正式焊相同，有無損檢測要求的，按照設計圖紙要求進行檢驗。

3 結語

鍋爐鋼結構屬于承重結構，現場安裝中需要采用大量的焊縫進行拼接或對接。焊縫的安全是結構安全的基礎，應注重做好焊接工藝評定及實施，做好過程質量控制和驗收。