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汽包角焊缝缺陷修复中焊接与热处理技术研究

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汽包角焊缝缺陷修复中焊接与热处理技术研究

4 工业技术 1 研究背景及意义 电站锅炉寿命关键在于汽包的寿命,汽包是一个体积大、质量大, 几乎不能更换的关键承压部件,目前对在役锅炉汽包角焊缝的修复工 作非常慎重。本文以汽包角焊缝缺陷修复工作作为研究对象,对修复 过程中焊接与热处理的施工关键技术进行重点研究,确定了处理方案 并实践,为大型电站锅炉汽包角焊缝缺陷修复提供了非常重要的借鉴 意义。 2 汽包角焊缝缺陷修复焊接与热处理研究总体介绍 8号锅炉型号为DG670/13.7-8型锅炉,汽包直径为φ1600mm,壁 厚95mm,材质为BHW35(13MnNiMo54),筒身长20000 mm,汽包 全长21900 mm,重量为90吨 [1] 。与汽包连接的125根大管角焊缝存 在原始焊接缺陷,部分缺陷当量尺寸超过6.5mm,已无计算寿命,必 须进行处理。遂进行了更换管座、重新焊接,对汽包采用内部加热、 现场整体热处理,并对修复前后外型尺寸、环纵焊缝和汽包筒体硬度 进行了全面监督探伤,对电站汽包进行如此大的现场修复在国内并无 先例,修复工作技术难度大、标准要求高,没有现成经验可供借鉴。 在汽包角焊缝缺陷处理过程中焊接和热处理技术十分关键,产生差错 可能造成无法估量的损失。 3 汽包管接头去除与焊接 3.1 汽包管接头清除、焊接区域打磨 3.1.1 汽包管接头角焊缝设计型式 除给水套管与汽包筒壁的角焊缝外,汽水连通管、饱和蒸汽引出 管和事故放水管与汽包筒壁角焊缝均有深度4mm的沉孔,沉孔形状 与尺寸如图1所示。 汽包角焊缝缺陷修复中焊接与热处理技术研究 李士峰 (大唐河北新能源(张北)有限责任公司, 河北 张家口 075000) 摘 要汽包是电站锅炉最为关键的承压部件,质量大、体积大,几乎不能更换,目前对锅炉汽包角焊缝修复非常慎重。针对某热电公司 DG670/13.7-8锅炉汽包角焊缝修复过程中关键技术问题,研究了焊接与热处理的关键技术,分析了实际工作过程当中的难点和关键控制点,为 汽包角焊缝缺陷修复工作提供了非常重要的借鉴意义。 关键词汽包;焊缝缺陷;焊接;热处理 DOI10.16640/ki.37-1222/t.2019.12.003 (4)采用渗透检验方法进行检验,检验区域包括管孔周围打磨 区域、汽包管孔。 3.1.3 施工过程 (1)管接头切割前准备工作。对汽包联接管道和集中降水管等 进行固定。 (2)按照技术要求进行角焊缝去除、打磨。 3.1.4 管接头角焊缝缺陷清除部位渗透探伤 清除完毕,管接头角焊缝缺陷清除部位渗透探伤,未发现表面开 口性缺陷。 3.2 汽包修复焊接技术 3.2.1 角焊缝焊接前进行整体加热(焊接前预热见本文第4条款), 经确定,焊接工艺如下 (1)集中下降管固定装置的角焊缝采用SMAW焊接。选用 J507、φ3.2mm 焊条,焊接电流125A-130A,电弧电压 23V-25V。焊前 预热100℃-150℃,层间温度不低于预热温度,焊后经后热和焊后热 处理。 (2)给水管套管和给水管接头角焊缝采用SMAW焊接。选用 J507RH、φ3.2mm焊条,焊接电流125A-130A,电弧电压 23V-25V。管 接头焊缝在地面组合完成。采用GTAWSMAW 堆焊角焊缝去除区域, 堆焊完后,用磨光机修整焊接区域,使堆焊区外面与汽包外壁齐平, 内壁与管孔内齐平。 (3)管接头角焊缝焊接时采用GTAW打底,SMAW填充、盖 面,多层多道焊接。焊材选用TIG-J50焊丝和J507RH 超低氢高韧性 焊条。GTAW堆焊和打底焊过程中,汽包控制以下参数壁温100℃- 150℃,焊接电流100A-110A,电弧电压12V-15V。SMAW填充和盖面 过程中,汽包控制以下参数壁温200℃-300℃并保持层间温度,焊 接电流 120A-160A,电弧电压22V-28V,具体见表1管接头与汽包筒 体角焊缝焊接参数。汽包的热处理降温到 250℃左右时,开始焊接管 接头对接焊缝,焊接方法为GTAW打底,SMAW填充和盖面,焊材 与焊接参数同角焊缝焊接,见表2管接头对接焊缝焊接参数。 3.1.2 管接头角焊缝清除、焊接区域打磨 管接头角焊缝采用机械方法进行清除 [2] ,清除的技术要点是 (1)管接头对接焊缝在联接管和集中降水管固定以及位移指示 装置安装完成后进行; (2)管接头角焊缝切割与打磨重点是清除原焊缝缺陷、清除焊 缝缺陷的扩展缺陷; (3)汽包壁厚方向上清除角焊缝根部距离汽包外表面不少于 5mm; 图1 汽水连通管、饱和蒸汽引出管和事故放水管原角焊缝示意图 表1 管接头与汽包筒体角焊缝焊接参数 表2 管接头对接焊缝焊接参数 5 工业技术 3.2.2 焊接施工要点 (1)GTAW两层打底提高根层焊缝质量。焊接时,专人在对面 检查打底焊根层质量,防止打底焊缝未焊透、成形不良等缺陷。出现 缺陷时,采用磨光机打磨的方法消除。 (2)用超低氢高韧性J507RH焊条填充和盖面,提高焊缝金属塑 韧性,降低焊缝金属扩散氢含量,减小焊接接头焊接应力,降低接头 裂纹倾向。 (3)重点检查点焊固定质量。汽包整体加热到 100℃-150℃时采 用 GTAW点焊固定,固定3点,在坡口整圈均匀分布,每点点固焊 缝长度为10mm-20mm。点固焊完后检查错口情况、对口间隙和点固 焊缝有无缺陷,发现有问题的焊点磨掉重新点焊;用角尺、水平尺检 查管接头垂直度,垂直度超标的,磨掉点固焊点重新点焊。 (4)焊接过程中每一层均进行检查。 (5)层间焊缝清理、缺陷处理均采用机械打磨方式,用磨光机、 钢丝刷、扁铲等彻底清理焊渣及飞溅物,特别是焊缝接头和坡口边缘。 (6)对称焊接。焊接施工时,汽包前后两个区间对称进行焊接; 每一排管接头焊接时,从汽包中间向两端对称进行。 3.2.3 焊接质量检查 焊前对母材、焊材、坡口清理和对口间隙等进行检查;焊接过程 中对层间温度、层间焊接质量、焊接工艺规范等进行检查;焊后对角 焊缝进行外观、硬度检查,100超声波检测,对接焊缝另加10比 例射线检查。检查结果表明,焊缝质量良好,外观未见超标缺陷,焊 缝质量合格率100。 4 汽包管接头修复热处理 4.1 集中下降管固定装置热处理 集中下降管的固定装置焊前预热、焊后热及焊后热处理工艺采用 氧气-乙炔火焰加热,测温仪测量温度。焊前的预热100℃-150℃; 后热350℃-400℃,并恒温30min保温缓冷;焊后进行 600℃10℃回火, 恒温30min保温缓冷。热处理工艺如表3所示。 形布置,布置形式如图2所示,周向分区进行控温。 表3 集中下降管固定装置热处理工艺 4.2 汽包整体热处理 经研究确定,汽包加热作业流程采取整体加热工艺进行焊前预热、 焊后后热、焊后热处理。 4.2.1 汽包整体加热作业流程 (1)管口封堵。汽包内部用4mm厚钢板、保温棉对6个集中 下降管、12个分散下降管的管口进行封堵,以防杂物落入或加热过程 中内部形成空气流通通道。用保温棉、管帽对汽包管口和联接管管口 进行封堵。 (2)拆除影响加热装置和汽包膨胀部件汽包内部加药管和排 污管;分散降水管与锅炉钢架之间保温层;与汽包相连的表管;水位计、 安全门管道膨胀方向上的固定管卡等。 (3)保温。焊接过程中,汽包保温层每层厚度 30mm。热处理前, 汽包保温 3 层90mm厚,保温材料选用硅酸铝保温棉。 (4)加热片和热电偶逐片逐根进行检查。 (5)布置加热片、热电偶。汽包内部布置118片柜架式加热片, 每个加热片功率10kW,每3片一组(其中有2组为2片),呈三角 (6)汽包内外部布置 40 组控温热电偶、36组测温热电偶,热电 偶采用氩弧焊点焊在汽包壁上,吊杆测温热电偶放于垫板与吊杆间隙 中与吊杆紧密接触;用5台电脑温控仪控温,再加2台记录仪记录温度, 保证修复过程中长时间安全稳定地连续加热和保温,并能可靠地控制 各部温度 [2] 。 (7)加热装置调试。加热片分别连到5台温控仪上,热电偶分 别连到5台电脑温控仪和2台记录仪上,检查加热片无短路、断路, 热电偶无断偶和与汽包相碰现象。 (8)焊前预热、层间保温、焊后热处理。GTAWSMAW坡口堆 焊、GTAW打底焊过程中预热温度100℃-150℃,SMAW填充和盖面 过程中汽包温度200℃-300℃,后热 250℃-350℃,6小时后降温到室 温进行无损探伤。 (9)焊后热处理。在探伤后,升温至 300℃时恒温进行焊缝缺陷 处理。400℃时恒温 3小时均温。600℃恒温6小时后保温缓冷。汽包 壁温度高于300℃时,温控仪控制汽包冷却速度不大于25℃/h,低于 300℃时关闭温控仪,汽包在保温条件下自然冷却。 (10)温度记录。热处理全程,除7台记录仪自动记录外,每小 时人工记录一次各测点温度。 4.3 热处理记录情况与结果检验 (1)热处理记录情况完整,7台记录仪开始加热至温控仪停机全 过程自动记录曲线、每个测温点每小时 1 次人工记录数据全面、准确 无误。 (2)根据温度记录,焊后热处理从室温到300℃升温速度小于 60℃/h,300℃-600℃升温速度小于25℃/h,600℃-300℃降温速度 小时15℃/h,符合设定的热处理工艺曲线。 (3)热处理全程,汽包的内外壁温差小于40℃,汽包的周向温 差小于70℃,符合东方锅炉厂原始设计要求。 (4)记录汽包吊杆最高温度380℃,符合标准要求。 (5)修复后残余应力测量表明,残余应力在 21.3MPa95.4MPa 之间,符合规程要求。 5 结论 本文研究了670t/h电站锅炉汽包角焊缝修复过程中的焊接与热处 理关键技术问题,经实践应用,焊接质量、热处理工艺符合检测要求。 得到如下结论 (1)严格按照焊接相关规程制定焊接工艺,并在过程中严格工 艺管控至关重要。 (2)在热处理过程,采用汽包整体加热方案可行,并可以使汽 包修复后损害降至最低。 (3)合理的焊接热处理工艺是汽包角焊缝修复的关键。 参考文献 [1]东方锅炉厂DG670/13.7-8锅炉说明书[S]. [2]火力发电厂锅炉汽包焊接修复技术导则DL/T7342000[S]. 作者简介李士峰(1980-),男,河北曲周人,本科,工程师,总经 理助理,从事电力系统技术管理工作。 图2 汽包内部加热片布置

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