本文摘要：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)速度越來越快，相應的需要鍋爐的功率也越來越大，對鍋爐各個方面的要求也越來越高。電站鍋爐的水冷壁是鍋爐運行中的主要受熱面，水冷壁需要長期接受高熱的火焰、煙氣輻射等，這
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)速度越來越快，相應的需要鍋爐的功率也越來越大，對鍋爐各個方面的要求也越來越高。電站鍋爐的水冷壁是鍋爐運行中的主要受熱面，水冷壁需要長期接受高熱的火焰、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)問題。一旦鍋爐水冷壁出現(xiàn)問題，會令整個鍋爐的運行受到影響，不僅影響工作效率還有可能造成危險，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。本文主要對電站鍋爐水冷壁焊接缺陷問題進行了分析，并且提出了一些改進建議，供讀者參考。
關(guān)鍵詞鍋爐水冷壁焊接缺陷預防措施
機械論文投稿刊物：《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)品試驗成果,運行經(jīng)驗總結(jié),鍋爐總體及零部件的設(shè)計理論、方法、結(jié)果和計算機程序,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等。
1水冷壁出現(xiàn)問題發(fā)現(xiàn)
鍋爐水冷壁的原理是通過鍋爐外界吸收熱量傳給到鍋爐內(nèi)壁的一個過程。這時，如果鍋爐內(nèi)壁沒有通過水的接觸帶走來自鍋爐外壁的強熱，那么鍋爐的水冷壁就會因為高溫而產(chǎn)生損壞。
水冷壁本質(zhì)上是一個熱交換過程。鍋爐水通過水冷壁管吸收爐外的輻射熱和對流傳熱過程，如果不能及時從爐膛火焰中吸收和去除爐膛火焰的熱傳遞，會造成管壁過熱損壞。因此，造成水冷壁風險的原因可歸納如下：
水循環(huán)問題，管道污水堵塞，污水處理不及時，燃燒中心偏差嚴重;水位問題，缺水導致壁溫超標;材料問題，不合格管道材料的可行性使用已不能滿足設(shè)計和工作的要求;質(zhì)量檢查人員未能及時查明潛在的安全風險，焊接質(zhì)量、電極使用、外觀檢測、無損物化檢測等都不符合要求，受熱面磨損及其侵徹結(jié)構(gòu)失效會造成危險。在電站鍋爐安裝過程中，必須安裝水冷壁。在建筑工地，現(xiàn)場組裝水冷壁也是安裝的重點。因此，為了保證水冷壁的安全運行，保證現(xiàn)場焊接的順利進行，現(xiàn)場對質(zhì)量和質(zhì)量的及時監(jiān)測特別重要或者安排質(zhì)量檢驗員對現(xiàn)場進行檢測。
由此可見，鍋爐水冷壁出現(xiàn)問題的原因有很多，所以需要對鍋爐水冷壁焊接缺陷問題高度重視，保證焊接過程中的質(zhì)量達標，質(zhì)檢嚴格。這樣可以有效的保證鍋爐水冷壁的正常使用，減少工作中的危險發(fā)生。
2水冷壁焊接缺陷的原因分析
焊接缺陷對鍋爐壓力容器安全的影響主要表現(xiàn)在以下三個方面：
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)抗拉強度降低;
第二，由于缺口的存在，缺口尖端會產(chǎn)生應力集中和脆性，容易產(chǎn)生裂紋和擴展;
第三，缺陷可能產(chǎn)生對設(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，發(fā)現(xiàn)主要焊接缺陷是孔隙度、未熔合和裂紋。對于體積缺陷，一般S射線無損檢測可以清楚地反映缺陷的形狀和尺寸，其他檢測方法的檢測效果不如X射線的檢測效果好。
超聲波和射線照相技術(shù)通常用于無損檢測(NDT)中的表面缺陷。超聲波檢測的檢出率比X射線檢測的檢出率高，但在壁管檢測中，超聲波檢測直觀顯示能力明顯不如X射線檢測的顯示能力，在這種情況下超聲波檢測不如X射線檢測好。
超聲波檢測技術(shù)對于水冷壁，磁粉檢測具有較強的裂紋檢測能力，但它影響了磁粉檢測在探測空間和物體表面狀態(tài)時的效果，使檢驗員容易疲勞，光線不好時，容易漏檢。由于磁路較弱，容易漏掉翼板和管壁的位置。超聲波檢測是一種很難檢測到與焊縫方向垂直的裂紋的方法。也難以檢測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，超聲波檢測的操作范圍很小。
因此，在檢測水冷壁焊縫裂紋缺陷時，必須選擇X射線檢測，以保證缺陷的檢出率。當采用無線電波時，檢測厚壁管的寬度將受到限制，必要時應補充超聲波檢測和滲透試驗。
(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。其對焊縫強度的影響主要是降低應力段，離子和深孔(針孔)有時會破壞焊縫的密封性能。
水冷壁的小直徑焊接接頭具有啟動點溫度低、冷卻速度快的優(yōu)點。因為快速的焊接速度，電弧的閉合點熱量相對較小，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。除了在冶金過程中產(chǎn)生的氣體外，涂層的保護效果很差，很容易將氣體混合到焊縫中。
根據(jù)非破壞性試驗的實施標準和驗收標準，應避免大孔隙、深孔和致密孔隙。為了防止AI的發(fā)生，R孔、ATTEN應滿足以下兩個方面：
1)當焊接工藝滿足要求時，GTAW焊接氣孔的產(chǎn)生與氣體保護和管道的表面狀態(tài)有關(guān)，與焊接過程有關(guān)。對焊工的技能水平和質(zhì)量意識有很高的要求。因此，必須加強管道管件的現(xiàn)場操作、風幕、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，焊工應加強對電極輸送、引弧和弧焊操作的培訓。
(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，它通常是整片預制而成，然后運至現(xiàn)場焊接組裝。通過射線照相檢測，組裝焊縫的首次合格率相對較高，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)場使用水冷壁組時，應注意對焊接接頭進行矯正，并進行外觀檢查和焊接，按順序執(zhí)行合理操作。同時，為了避免由于兩管間隙小而產(chǎn)生的焊接缺陷，焊接時采用細鎢電極，由兩位焊工同時施焊，其中一個焊工負責焊絲的填充，能有效地減少未熔合的發(fā)生。
(3)裂紋
斷裂也是一個區(qū)域缺陷，主要受工藝因素和工作條件的影響，會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，當產(chǎn)生裂紋時，要考慮焊接工藝或焊接材料是否使用正確，筆者認為，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，筆者認為，在合理選擇工藝和焊接材料的前提下，結(jié)合實際安裝現(xiàn)場，可以防止裂紋的發(fā)生。除此之外還應做好以下兩方面的工作：焊工不應在疲勞狀態(tài)下焊接，應加強帶鋼、引弧、閉路訓練，如發(fā)現(xiàn)有弧坑裂紋，應進行拋光和重新焊接;盡量避免強制對齊和強對準，以使密封焊縫處于強預應力狀態(tài)。
3幾種水冷壁焊接缺陷以及預防措施
(1)水冷壁焊接氣孔
水冷壁焊接過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，那么在焊接時就會減少焊接的面積，焊縫的致密性就會變差。在水冷壁小口徑的焊口中，由于起弧點的溫度低、冷卻迅速，并且坡口小，焊接迅速，收弧點的熱量輸入就會減小，冷卻迅速。這時，熔池金屬在變硬，氣泡上浮的速度越來越慢，在焊接時容易出現(xiàn)氣泡。除此之外，在焊接過程中外界混入氣體也會導致氣孔的產(chǎn)生。防止焊接氣孔的缺陷產(chǎn)生可以從兩個方面入手。第一，提高焊工的焊接技術(shù)水平。加強焊接收弧、引弧的操作訓練，對焊接運條的技術(shù)操作也要加強訓練;第二，為了防止焊接過程中混入氣體產(chǎn)生氣泡，在進行焊接時要做好擋風、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導致鍋爐水冷壁使用時出現(xiàn)問題。焊接未熔合會導致應力集中，對承載截面來說減少了承載截面的面積。焊接未熔合主要有三個原因：第一，水冷壁管之間的縫隙比較小，在焊接時會對操作造成影響。這時，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致焊接出現(xiàn)未熔合的一個主要原因。由于廠家供應的管口與交界口不匹配，這時強行進行焊接工作很容易出現(xiàn)焊接未熔合的缺陷發(fā)生。第三，檢查不仔細也會導致焊接未熔合的現(xiàn)象發(fā)生。在進行焊接時，焊接口有一些類似于氧化皮等雜質(zhì)也會造成焊接未熔合。為了解決焊接未熔合的缺陷，在進行焊接工作時首先要對焊接口進行仔細檢查，防止外界干擾因素導致焊接未熔合;其次在采用GTAW焊接時，為了避免空間過小影響焊接質(zhì)量，可以用極細鎢絲來進行焊接，并且在焊接時一名工人進行焊絲的填送工作，另一名工人進行焊接工作，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)會導致應力高度集中，這時會出現(xiàn)尖銳的缺口，導致水冷壁管受力不均勻。防止焊接裂紋的出現(xiàn)要從兩個方面入手，第一，對焊工的要求要高。焊工要在工作狀態(tài)良好的情況下進行焊接工作，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)焊接過程中有弧坑裂紋出現(xiàn)，那么應該停止焊接，將焊接的部分清潔掉重新進行焊接。第二，一些對口不吻合的水冷壁管在焊接時不要強制對口，盡量選擇合適的水冷壁管來進行焊接工作。
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方面入手：第一，加強水冷壁焊接工作的質(zhì)檢工作，保證焊接的質(zhì)量過關(guān)，焊接工藝運用得當以及焊接材料的選擇合理。第二，構(gòu)建一個良好的焊接環(huán)境。在焊接時做好防風、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進行焊接工作。第三，做好無損檢測工作。在進行無損檢測工作時，可以采用多種檢測方式，以及時發(fā)現(xiàn)焊接缺陷問題并且進行及時改進。做好以上幾點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，同時應加強理化檢驗，確保水冷壁基礎(chǔ)金屬和焊縫材料符合要求，保證現(xiàn)場焊接材料的正確使用。保證良好的現(xiàn)場焊接環(huán)境，如擋風玻璃、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，減少焊接工藝不當造成的影響。做好外觀檢查，嚴格禁止焊縫寬度和殘余高度超標，去除表面因磨削而產(chǎn)生的坑，對劃痕及時采取補救措施，同時校核糾正焊接缺陷造成的誤差，以便及時更新或更換管道，保證鍋爐安全運行。
5總結(jié)
總的來說，電站鍋爐水冷壁焊接缺陷的產(chǎn)生是可以預防的。合理安排鍋爐水冷壁焊接工作的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)焊接中的幾種缺陷進行分析研究，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，電弧點溫度低，收弧點輸入熱量小，冷卻速度快;熔池中的氣體不易溢出形成空氣孔;現(xiàn)場作業(yè)要注意防風、防雨、管件表面清潔;加強焊工技術(shù)培訓以及焊接的弧線啟動和弧線閉合訓練。
電站的正常工作需要鍋爐的正常運轉(zhuǎn)，鍋爐水冷壁又是整個鍋爐正常運行的關(guān)鍵所在，所以做好鍋爐水冷壁安全運行工作十分重要。關(guān)于鍋爐水冷壁焊接缺陷產(chǎn)生及預防措施還需要更多的專業(yè)人士進行探討，未來鍋爐水冷壁焊接缺陷的解決措施必定會越來越合理。
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