關(guān)于電站鍋爐水冷壁焊接缺陷產(chǎn)生及預(yù)防措施探討

　　摘要鍋爐在電站中的主要作用是為火電的建設(shè)提供能源支持‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。目前，電站的電力建設(shè)速度越來(lái)越快，相應(yīng)的需要鍋爐的功率也越來(lái)越大，對(duì)鍋爐各個(gè)方面的要求也越來(lái)越高‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。電站鍋爐的水冷壁是鍋爐運(yùn)行中的主要受熱面，水冷壁需要長(zhǎng)期接受高熱的火焰、煙氣輻射等，這樣才能傳遞熱量‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。另外，水冷壁內(nèi)側(cè)主要接受的是高溫的水蒸氣以及高溫的水等，整個(gè)水冷壁一直處于“水深火熱”的環(huán)境中。在這樣惡劣的條件下，鍋爐水冷壁很容易出現(xiàn)問(wèn)題。一旦鍋爐水冷壁出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)令整個(gè)鍋爐的運(yùn)行受到影響，不僅影響工作效率還有可能造成危險(xiǎn)，引發(fā)安全事故。所以鍋爐水冷壁的焊接需要高度重視，以保證鍋爐水冷壁的正常工作。本文主要對(duì)電站鍋爐水冷壁焊接缺陷問(wèn)題進(jìn)行了分析，并且提出了一些改進(jìn)建議，供讀者參考。

　　關(guān)鍵詞鍋爐水冷壁焊接缺陷預(yù)防措施

　　機(jī)械論文投稿刊物：《鍋爐技術(shù)》專業(yè)技術(shù)性刊物。反映鍋爐技術(shù)(電站鍋爐和工業(yè)鍋爐)的科研成果,包括鍋爐產(chǎn)品試驗(yàn)成果,運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié),鍋爐總體及零部件的設(shè)計(jì)理論、方法、結(jié)果和計(jì)算機(jī)程序,鍋爐制造的新工藝、新技術(shù)、新材料,厚壁壓力容器的制造工藝和檢驗(yàn)等。

　　1水冷壁出現(xiàn)問(wèn)題發(fā)現(xiàn)

　　鍋爐水冷壁的原理是通過(guò)鍋爐外界吸收熱量傳給到鍋爐內(nèi)壁的一個(gè)過(guò)程。這時(shí)，如果鍋爐內(nèi)壁沒(méi)有通過(guò)水的接觸帶走來(lái)自鍋爐外壁的強(qiáng)熱，那么鍋爐的水冷壁就會(huì)因?yàn)楦邷囟�產(chǎn)生損壞。

　　水冷壁本質(zhì)上是一個(gè)熱交換過(guò)程。鍋爐水通過(guò)水冷壁管吸收爐外的輻射熱和對(duì)流傳熱過(guò)程，如果不能及時(shí)從爐膛火焰中吸收和去除爐膛火焰的熱傳遞，會(huì)造成管壁過(guò)熱損壞。因此，造成水冷壁風(fēng)險(xiǎn)的原因可歸納如下：

　　水循環(huán)問(wèn)題，管道污水堵塞，污水處理不及時(shí)，燃燒中心偏差嚴(yán)重;水位問(wèn)題，缺水導(dǎo)致壁溫超標(biāo);材料問(wèn)題，不合格管道材料的可行性使用已不能滿足設(shè)計(jì)和工作的要求;質(zhì)量檢查人員未能及時(shí)查明潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，焊接質(zhì)量、電極使用、外觀檢測(cè)、無(wú)損物化檢測(cè)等都不符合要求，受熱面磨損及其侵徹結(jié)構(gòu)失效會(huì)造成危險(xiǎn)。在電站鍋爐安裝過(guò)程中，必須安裝水冷壁。在建筑工地，現(xiàn)場(chǎng)組裝水冷壁也是安裝的重點(diǎn)。因此，為了保證水冷壁的安全運(yùn)行，保證現(xiàn)場(chǎng)焊接的順利進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)質(zhì)量和質(zhì)量的及時(shí)監(jiān)測(cè)特別重要或者安排質(zhì)量檢驗(yàn)員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢測(cè)。

　　由此可見(jiàn)，鍋爐水冷壁出現(xiàn)問(wèn)題的原因有很多，所以需要對(duì)鍋爐水冷壁焊接缺陷問(wèn)題高度重視，保證焊接過(guò)程中的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，質(zhì)檢嚴(yán)格。這樣可以有效的保證鍋爐水冷壁的正常使用，減少工作中的危險(xiǎn)發(fā)生。

　　2水冷壁焊接缺陷的原因分析

　　焊接缺陷對(duì)鍋爐壓力容器安全的影響主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

　　第一，由于焊接缺陷的存在，焊接線的軸承截面面積減小，靜態(tài)抗拉強(qiáng)度降低;

　　第二，由于缺口的存在，缺口尖端會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中和脆性，容易產(chǎn)生裂紋和擴(kuò)展;

　　第三，缺陷可能產(chǎn)生對(duì)設(shè)備密封性能的影響。

　　電站鍋爐水冷壁部件一般選用滿足性能要求的低合金鋼，采用GTAW或GTAWSMAW完成焊接。根據(jù)水冷壁的焊接特性和射線膠片的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)主要焊接缺陷是孔隙度、未熔合和裂紋。對(duì)于體積缺陷，一般S射線無(wú)損檢測(cè)可以清楚地反映缺陷的形狀和尺寸，其他檢測(cè)方法的檢測(cè)效果不如X射線的檢測(cè)效果好。

　　超聲波和射線照相技術(shù)通常用于無(wú)損檢測(cè)(NDT)中的表面缺陷。超聲波檢測(cè)的檢出率比X射線檢測(cè)的檢出率高，但在壁管檢測(cè)中，超聲波檢測(cè)直觀顯示能力明顯不如X射線檢測(cè)的顯示能力，在這種情況下超聲波檢測(cè)不如X射線檢測(cè)好。

　　超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)于水冷壁，磁粉檢測(cè)具有較強(qiáng)的裂紋檢測(cè)能力，但它影響了磁粉檢測(cè)在探測(cè)空間和物體表面狀態(tài)時(shí)的效果，使檢驗(yàn)員容易疲勞，光線不好時(shí)，容易漏檢。由于磁路較弱，容易漏掉翼板和管壁的位置。超聲波檢測(cè)是一種很難檢測(cè)到與焊縫方向垂直的裂紋的方法。也難以檢測(cè)垂直于焊接方向的裂紋。由于水墻管件的規(guī)格和形狀位置有限，超聲波檢測(cè)的操作范圍很小。

　　因此，在檢測(cè)水冷壁焊縫裂紋缺陷時(shí)，必須選擇X射線檢測(cè)，以保證缺陷的檢出率。當(dāng)采用無(wú)線電波時(shí)，檢測(cè)厚壁管的寬度將受到限制，必要時(shí)應(yīng)補(bǔ)充超聲波檢測(cè)和滲透試驗(yàn)。

　　(1)氣孔

　　孔隙的形成是一種體積缺陷，受孔隙形成的影響，還有技術(shù)和冶金因素。其對(duì)焊縫強(qiáng)度的影響主要是降低應(yīng)力段，離子和深孔(針孔)有時(shí)會(huì)破壞焊縫的密封性能。

　　水冷壁的小直徑焊接接頭具有啟動(dòng)點(diǎn)溫度低、冷卻速度快的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榭焖俚暮附铀俣�，電弧的閉合點(diǎn)熱量相對(duì)較小，并且冷卻速率也更快。熔池金屬的粘度急劇增加，極大地降低了氣泡的浮動(dòng)速度和氣泡的流速，在熔池中的焊接被留在后面形成孔。除了在冶金過(guò)程中產(chǎn)生的氣體外，涂層的保護(hù)效果很差，很容易將氣體混合到焊縫中。

　　根據(jù)非破壞性試驗(yàn)的實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)避免大孔隙、深孔和致密孔隙。為了防止AI的發(fā)生，R孔、ATTEN應(yīng)滿足以下兩個(gè)方面：

　　1)當(dāng)焊接工藝滿足要求時(shí)，GTAW焊接氣孔的產(chǎn)生與氣體保護(hù)和管道的表面狀態(tài)有關(guān)，與焊接過(guò)程有關(guān)。對(duì)焊工的技能水平和質(zhì)量意識(shí)有很高的要求。因此，必須加強(qiáng)管道管件的現(xiàn)場(chǎng)操作、風(fēng)幕、防雨措施和表面清洗。

　　2)除了管道的工藝和表面狀態(tài)的影響外，在表面產(chǎn)生氣孔往往是由于電弧閉合產(chǎn)生的。因此，焊工應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電極輸送、引弧和弧焊操作的培訓(xùn)。

　　(2)未熔合

　　未熔合是一種區(qū)域缺陷，主要受工藝因素和坡口表面狀態(tài)的影響。凹槽的未熔合和根部的未熔合將減小截面面積，其承載力和應(yīng)力集中僅次于裂縫。電站鍋爐一般采用膜式水冷壁，由翅片管組焊接而成。在安裝和施工中，它通常是整片預(yù)制而成，然后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)焊接組裝。通過(guò)射線照相檢測(cè)，組裝焊縫的首次合格率相對(duì)較高，但是還是發(fā)現(xiàn)存在少部分的未熔合缺陷。由于薄膜水冷壁兩根單管之間的間隙很小，阻礙了焊機(jī)的焊接操作，容易在引弧和電弧CL中產(chǎn)生未熔合缺陷。因此，在現(xiàn)場(chǎng)使用水冷壁組時(shí)，應(yīng)注意對(duì)焊接接頭進(jìn)行矯正，并進(jìn)行外觀檢查和焊接，按順序執(zhí)行合理操作‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。同時(shí)，為了避免由于兩管間隙小而產(chǎn)生的焊接缺陷，焊接時(shí)采用細(xì)鎢電極，由兩位焊工同時(shí)施焊，其中一個(gè)焊工負(fù)責(zé)焊絲的填充，能有效地減少未熔合的發(fā)生。

　　(3)裂紋

　　斷裂也是一個(gè)區(qū)域缺陷，主要受工藝因素和工作條件的影響，會(huì)顯著地減小軸承的橫截面積，并且，裂紋端是形成尖銳的、缺口的、應(yīng)力集中的、易于膨脹的、易于損壞的焊接缺陷的最有害部分之一，導(dǎo)致焊接接頭的任何部位可能出現(xiàn)裂紋。

　　焊接硬化性大，冷裂紋大。產(chǎn)生焊接裂紋有很多原因，因此，當(dāng)產(chǎn)生裂紋時(shí)，要考慮焊接工藝或焊接材料是否使用正確，筆者認(rèn)為，裂紋產(chǎn)生的最主要原因是焊接力的影響。薄膜中裂紋的位置基本上垂直于焊縫，因此可以分析，電弧不是產(chǎn)生裂紋的原因，而是雙重壓力使其產(chǎn)生橫向裂縫。因此，筆者認(rèn)為，在合理選擇工藝和焊接材料的前提下，結(jié)合實(shí)際安裝現(xiàn)場(chǎng)，可以防止裂紋的發(fā)生。除此之外還應(yīng)做好以下兩方面的工作：焊工不應(yīng)在疲勞狀態(tài)下焊接，應(yīng)加強(qiáng)帶鋼、引弧、閉路訓(xùn)練，如發(fā)現(xiàn)有弧坑裂紋，應(yīng)進(jìn)行拋光和重新焊接;盡量避免強(qiáng)制對(duì)齊和強(qiáng)對(duì)準(zhǔn)，以使密封焊縫處于強(qiáng)預(yù)應(yīng)力狀態(tài)。

　　3幾種水冷壁焊接缺陷以及預(yù)防措施

　　(1)水冷壁焊接氣孔

　　水冷壁焊接過(guò)程中水冷壁焊接出現(xiàn)的氣孔主要是工藝和冶金方面的問(wèn)題，這種缺陷是一種體積上的缺陷。水冷壁上如果有一些較深的氣孔，那么在焊接時(shí)就會(huì)減少焊接的面積，焊縫的致密性就會(huì)變差。在水冷壁小口徑的焊口中，由于起弧點(diǎn)的溫度低、冷卻迅速，并且坡口小，焊接迅速，收弧點(diǎn)的熱量輸入就會(huì)減小，冷卻迅速。這時(shí)，熔池金屬在變硬，氣泡上浮的速度越來(lái)越慢，在焊接時(shí)容易出現(xiàn)氣泡。除此之外，在焊接過(guò)程中外界混入氣體也會(huì)導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。防止焊接氣孔的缺陷產(chǎn)生可以從兩個(gè)方面入手。第一，提高焊工的焊接技術(shù)水平。加強(qiáng)焊接收弧、引弧的操作訓(xùn)練，對(duì)焊接運(yùn)條的技術(shù)操作也要加強(qiáng)訓(xùn)練;第二，為了防止焊接過(guò)程中混入氣體產(chǎn)生氣泡，在進(jìn)行焊接時(shí)要做好擋風(fēng)、防雨等工作。在焊接之前還要清理焊接表面，保證焊接面清潔干凈。

　　(2)焊接未熔合

　　焊接未熔合也是一種常見(jiàn)的焊接缺陷，這種缺陷是面積缺陷。未熔合分為坡口未熔合和根部未熔合兩種情況，不管是哪種情況都會(huì)導(dǎo)致鍋爐水冷壁使用時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題。焊接未熔合會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，對(duì)承載截面來(lái)說(shuō)減少了承載截面的面積。焊接未熔合主要有三個(gè)原因：第一，水冷壁管之間的縫隙比較小，在焊接時(shí)會(huì)對(duì)操作造成影響。這時(shí)，焊接未熔合主要發(fā)生在收弧以及起弧的位置。第二，水冷壁管變形也是導(dǎo)致焊接出現(xiàn)未熔合的一個(gè)主要原因。由于廠家供應(yīng)的管口與交界口不匹配，這時(shí)強(qiáng)行進(jìn)行焊接工作很容易出現(xiàn)焊接未熔合的缺陷發(fā)生。第三，檢查不仔細(xì)也會(huì)導(dǎo)致焊接未熔合的現(xiàn)象發(fā)生。在進(jìn)行焊接時(shí)，焊接口有一些類似于氧化皮等雜質(zhì)也會(huì)造成焊接未熔合。為了解決焊接未熔合的缺陷，在進(jìn)行焊接工作時(shí)首先要對(duì)焊接口進(jìn)行仔細(xì)檢查，防止外界干擾因素導(dǎo)致焊接未熔合;其次在采用GTAW焊接時(shí)，為了避免空間過(guò)小影響焊接質(zhì)量，可以用極細(xì)鎢絲來(lái)進(jìn)行焊接，并且在焊接時(shí)一名工人進(jìn)行焊絲的填送工作，另一名工人進(jìn)行焊接工作，這樣可以有效減少焊接未熔合的發(fā)生。

　　(3)焊接裂紋

　　焊接裂紋是水冷壁焊接缺陷中最嚴(yán)重的一種，這種缺陷也是面積型缺陷。焊接裂紋的出現(xiàn)主要受焊接工藝和焊接條件的影響。裂紋的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力高度集中，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)尖銳的缺口，導(dǎo)致水冷壁管受力不均勻。防止焊接裂紋的出現(xiàn)要從兩個(gè)方面入手，第一，對(duì)焊工的要求要高。焊工要在工作狀態(tài)良好的情況下進(jìn)行焊接工作，并且要熟練的掌握收弧、引弧等基礎(chǔ)的焊接操作。一旦發(fā)現(xiàn)焊接過(guò)程中有弧坑裂紋出現(xiàn)，那么應(yīng)該停止焊接，將焊接的部分清潔掉重新進(jìn)行焊接。第二，一些對(duì)口不吻合的水冷壁管在焊接時(shí)不要強(qiáng)制對(duì)口，盡量選擇合適的水冷壁管來(lái)進(jìn)行焊接工作。

　　4減少鍋爐水冷壁焊接缺陷的建議

　　減少鍋爐水冷壁焊接缺陷可以從以下幾個(gè)方面入手：第一，加強(qiáng)水冷壁焊接工作的質(zhì)檢工作，保證焊接的質(zhì)量過(guò)關(guān)，焊接工藝運(yùn)用得當(dāng)以及焊接材料的選擇合理。第二，構(gòu)建一個(gè)良好的焊接環(huán)境。在焊接時(shí)做好防風(fēng)、防雨等工作，保證焊接的環(huán)境良好，焊工能排除外界影響來(lái)進(jìn)行焊接工作。第三，做好無(wú)損檢測(cè)工作。在進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)工作時(shí)，可以采用多種檢測(cè)方式，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)焊接缺陷問(wèn)題并且進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)。做好以上幾點(diǎn)能有效的防止焊接缺陷的產(chǎn)生，從而提高鍋爐水冷壁焊接的質(zhì)量，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)理化檢驗(yàn)，確保水冷壁基礎(chǔ)金屬和焊縫材料符合要求，保證現(xiàn)場(chǎng)焊接材料的正確使用。保證良好的現(xiàn)場(chǎng)焊接環(huán)境，如擋風(fēng)玻璃、防雨設(shè)施、焊接電源配置、焊接人員配置等。采用合理的焊接工藝，減少焊接工藝不當(dāng)造成的影響。做好外觀檢查，嚴(yán)格禁止焊縫寬度和殘余高度超標(biāo)，去除表面因磨削而產(chǎn)生的坑，對(duì)劃痕及時(shí)采取補(bǔ)救措施，同時(shí)校核糾正焊接缺陷造成的誤差，以便及時(shí)更新或更換管道，保證鍋爐安全運(yùn)行。

　　5總結(jié)

　　總的來(lái)說(shuō)，電站鍋爐水冷壁焊接缺陷的產(chǎn)生是可以預(yù)防的。合理安排鍋爐水冷壁焊接工作的各個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)焊接中的幾種缺陷進(jìn)行分析研究，可以有效地完成鍋爐水冷壁焊接缺陷的解決工作。水冷壁焊接口直徑小、槽徑小，電弧點(diǎn)溫度低，收弧點(diǎn)輸入熱量小，冷卻速度快;熔池中的氣體不易溢出形成空氣孔;現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要注意防風(fēng)、防雨、管件表面清潔;加強(qiáng)焊工技術(shù)培訓(xùn)以及焊接的弧線啟動(dòng)和弧線閉合訓(xùn)練。

　　電站的正常工作需要鍋爐的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，鍋爐水冷壁又是整個(gè)鍋爐正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在，所以做好鍋爐水冷壁安全運(yùn)行工作十分重要。關(guān)于鍋爐水冷壁焊接缺陷產(chǎn)生及預(yù)防措施還需要更多的專業(yè)人士進(jìn)行探討，未來(lái)鍋爐水冷壁焊接缺陷的解決措施必定會(huì)越來(lái)越合理。

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